Российские ученые разработали безопасную квантовую коммуникационную систему дальнего действия

Область информационной безопасности становится все актуальней с каждым днем. Если немногим ранее этой области уделяли внимание только крупные компании, банки и государственные организации, то сейчас информационной безопасностью занимаются специалисты предприятий малого бизнеса и даже индивидуальные пользователи. Однако, используемые сейчас алгоритмы шифрования несовершенны, независимо от сложности и запутанности алгоритма, его взлом является лишь делом времени в случае успешного перехвата зашифрованных данных. Поэтому организация информационной безопасности требует отдельного изучения.

Кроме стандартных алгоритмов шифрования на свете существуют квантовые алгоритмы, которые защищают передаваемую информацию при помощи причудливых законов квантовой механики. Именно эти законы делают передачу данных неуязвимой для внешнего перехвата. Квантовая информация переносится при помощи отдельных фотонов света, она искажается и теряется безвозвратно в случае любой попытки ее перехвата. Поэтому обе передающие и принимающие стороны моментально будут поставлены в известность при попытке перехвата даже единственного бита информации.

Исследователи из Центра квантовой информатики Международного института фотоники и оптических информационных технологий Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики (ИТМО), работавшие совместно с учеными из университета Хериот-Уотта (Heriot-Watt University) в Эдинбурге, разработали новый принцип эффективного получения и распределения квантовых битов, битов, несущих квантовую информацию. Созданная ими на основе этого коммуникационная система является первой российской системой, способной конкурировать с наилучшими зарубежными аналогами, ведь она позволяет передавать квантовую информацию по оптоволокну на расстояние до 250 километров.

"Для передачи квантовой информации мы используем так называемые боковые полосы частот" - рассказывает Артур Глейм, глава Квантового информационного центра ИТМО, - "Данный уникальный подход дает нам множество преимуществ, таких, как упрощение архитектуры аппаратных средств и большая пропускная способность квантового коммуникационного канала. С точки зрения скорости и дальности передачи наша система сопоставима с абсолютными рекордсменами среди имеющихся подобных зарубежных систем".

Для того, чтобы закодировать квантовую информацию, лазерный свет направляется в устройство, называемое электрооптическим фазовым модулятором. В этом модуляторе основная несущая частота, частота испускаемого лазером света, расщепляется на несколько различных фиксированных частот. Фотоны с отдельными частотами проходят через этапы квантовой обработки, и все это снова собирается в один луч, передаваемый по оптическому волокну. Практически такая же самая обработка выполняется и на втором конце оптического кабеля, только по относительному смещению фаз волн света с различными частотами производится декодирование содержащейся в свете квантовой информации, которая сейчас используется для передачи квантового ключа шифрования.

Созданные российскими учеными аппаратные средства квантовой коммуникационной системы обеспечивают высокую стабильность относительных фаз передаваемых оптических сигналов. "Все оптические сигналы, проходящие через волокно, подвергаются случайным искажениям" - рассказывает Олег Банник, один из исследователей, - "Но эти искажения всегда идентичны, их нетрудно выявить и компенсировать аппаратно на уровне демодулятора приемника".

Следует отметить, что аппаратные части новой системы обеспечивают одновременную передачу нескольких квантовых каналов по одному оптическому волокну, обеспечивают одновременную передачу в пределах одного волокна как квантовых каналов, так и обычных каналов. Более того, оборудование новой квантовой системы полностью совместимо с существующим коммуникационным оборудованием и для практического внедрения безопасных квантовых коммуникаций не потребуется прокладки новых оптических линий и других элементов инфраструктуры, тянущих за собой большие капиталовложения.

В настоящее время российские ученые перешли к реализации более масштабной идеи, к созданию квантовой коммуникационной системы, способной производить и распределять не только квантовые ключи шифрования, но и передавать в квантовом виде полезную информацию.