В МТУСИ реализовали беспроводную квантовую связь на базе серийного отечественного оборудования

Одна из основных проблем криптографии — задача распределения криптографического ключа между двумя удаленными абонентами. Сегодня считается, что именно технология квантового распределения ключей (КРК) позволяет обеспечить абсолютную надежность и безопасность передачи информации независимо от технических возможностей злоумышленников. Поэтому во всем мире активно создаются протяженные квантовые сети, которые связывают между собой уже десятки и сотни абонентов.

В России развиваются и межвузовские квантовые сети, которые соединяют университеты друг с другом волоконно-оптическим кабелем. Однако для связи с мобильными объектами волоконно-оптический кабель неудобно использовать, и его прокладка не всегда возможна, либо она нецелесообразна по технико-экономическим или политическим причинам.

В этом случае наиболее оптимальный вариант использовать атмосферные оптические линии связи, защищенные по технологии КРК. Во всем мире ведутся исследования в этом направлении: оригинальные установки, демонстрирующие КРК в свободной атмосфере, созданы и в российских университетах, например, МГУ имени Ломоносова и Университете ИТМО, однако для юстировки и настройки такого эксклюзивного научного оборудования требуется несколько очень квалифицированных специалистов со степенью кандидата и доктора наук и еще несколько человек, оберегающих установку от попыток любопытных студентов прикоснуться к ней.

Совсем другой принцип при создании устройств квантовой связи в атмосфере выбрали в МТУСИ — максимальная простота, надежность и унификация оборудования, работать на котором сможет любой инженер-связист, прошедший соответствующий курс переподготовки. В основу создания установки атмосферной квантовой связи был положен модульный принцип, когда применяются серийные решения, разработанные отечественными компаниями-производителями блоков КПК для ВОЛС, и производится их сопряжение с оборудованием атмосферной оптической связи.

Первый опыт, полученный при совместных исследованиях сотрудников МТУСИ и фирм QRate и «МОСТКОМ» показал перспективность выбранного направления и выявил необходимость доработки некоторых узлов как терминалов оптической связи, так и алгоритмов синхронизации в блоках квантового распределения ключей.

В результате совместных с МТУСИ исследований АО «МОСТКОМ» модернизировал свои оптические терминалы, за счет чего оказалось возможно, используя штатные механизмы настройки, минимизировать потери фотонов в квантовом канале. После чего подключение к терминалам атмосферной связи научно-образовательного комплекса для исследований в области квантовой оптики EMQOS 1.0, производства QRate, и небольшой его доработки, проведенной инженерами кафедры «Направляющие телекоммуникационные среды» МТУСИ и НИО «Квантовый центр» МТУСИ, позволило сотрудникам МТУСИ впервые реализовать на учебном комплексе EMQOS 1.0 передачу квантового ключа на дистанцию 180 м в свободной атмосфере.

Терминалы атмосферной оптической связи установлены на крышах двух учебных корпусов МТУСИ, и ведется круглосуточный мониторинг данных о характеристиках квантового и классических каналов связи. Результаты этих исследований были представлены на конференции WECONF2023 В Санкт-Петербурге. Фактически, сегодня МТУСИ является единственным университетом с уникальной установкой атмосферной квантовой связи, к которой имеют свободный доступ бакалавры и магистры, выполняющие на ней различные исследовательские проекты.

При этом данная установка атмосферной квантовой связи продолжает совершенствоваться, в частности, сотрудники АО «МОСТКОМ» разрабатывают блок синхронизации для научно-образовательного комплекса EMQOS 1.0, что позволит не только передавать квантовый ключ по оптическому каналу, но и по нему же будет осуществляться синхронизация двух блоков квантового распределения ключей, как это и предусматривается в промышленных установках QRate.