В Китае запущена самая протяженная и крупная сеть с квантовым шифрованием

О своем достижении китайские ученые подробно рассказали в статье, которая опубликована в рецензируемом журнале Nature. Сеть построили специалисты Хэфейской национальной лаборатории по изучению современной физики и физических явлений сверхмалого масштаба, а также Центра превосходства в квантовой физике и информатике Китайской академии наук. Оба этих учреждения входят в Научно-технический университет Китая.

Ученым из Поднебесной удалось создать беспрецедентно крупную и протяженную сеть с квантовым шифрованием. Основной целью их работы была демонстрация возможности применения квантового распределения ключей (QKD) в практических крупномасштабных проектах. И, судя по всему, им это удалось. Более полутора сотен клиентов связали на расстоянии более 4600 километров, из которых 2000 обеспечены наземными оптическими линями, а остальное — через спутник.

В статье не приводится данных о том, насколько интенсивно используется данная сеть. Показаны лишь отчеты о работе отдельных ее сегментов и сам факт установления связи между всеми узлами. В частности, при распределении ключей через спутник удалось добиться средней скорости генерации порядка 48 килобит в секунду. Это в 40 раз больше, чем ранее достигнутые результаты. Кроме того, ученые отмечают, что использовать космический аппарат на низкой орбите (500 километров) необязательно.

По их данным количество ошибок и средняя скорость генерации ключей будут сопоставимыми и при установлении квантовой линии связи через геостационарный спутник. Такой подход позволит обмениваться зашифрованными данными без привязки к графику пролетов космического аппарата над наземными станциями. Примечательно, что специалисты из Поднебесной использовали старейший протокол QKD — BB84. Он гарантирует секретность ключа на расстоянии до 50 километров, но китайские ученые применили ряд хитростей, чтобы увеличить этот показатель вдесятеро.

Теоретически, квантовое шифрование невозможно взломать. На практике существует ряд методов, позволяющих перехватить генерируемые таким образом ключи из-за несовершенства существующей техники. Однако эти недостатки могут быть устранены в будущем, да и на текущем уровне взлом сети с квантовым шифрованием — мероприятие весьма трудоемкое. Как минимум, оно требует идеального внедрения в оптоволоконную линию связи. Такие структуры, как построенная китайскими специалистами, используются только для создания ключей. Зашифрованные с их помощью пакеты можно безопасно передавать по обычным магистральным сетям.

В различных методах QKD для генерации секретного ключа используются квантовые состояния элементарных частиц. Как правило — фотонов, а измеряют их поляризацию. Алгоритмы квантового распределения ключей устроены так, что по количеству возникающих ошибок при передаче данных можно понять, перехватывает ли кто-то информацию посередине. Если ошибок меньше определенного числа, то передача остается секретной. А когда этот порог превышается, ключ необходимо создавать снова.