Технология квантового распределения ключей (КРК) позволит обеспечить абсолютную надежность передачи информации, даже при атаках, проводимых с использованием мультикубитовых квантовых вычислителей, которые могут появиться в обозримом будущем. Поэтому во всем мире активно прорабатывается архитектура квантовых криптографических систем и способы реализации протяженных квантовых сетей для создания квантового интернета, где будет широко использоваться технология КРК.
Сегодня реальная для практических приложений передача квантового ключа на дистанции свыше 1000 км продемонстрирована с использованием систем оптической связи в свободном пространстве.
Необходимо отметить, что роль систем оптической связи становится с каждым годом все более значительной, это обусловлено необходимостью передачи постоянно растущих объемов информации, безопасность которой, в условиях угроз атак с использованием квантовых компьютеров, логично защитить с использованием технологии квантового распределения ключа. При этом, если в космосе значимых препятствий для распространения оптического излучения нет, то в атмосфере Земли присутствие различных примесей и любые неоднородности плотности газовой среды оказывают значительное влияние на процесс распространения оптического излучения, что требует разработки специальных аппаратных и программных средств для эффективной передачи данных в атмосфере. Россия сегодня одна из не многих стран способная серийно производить устройства атмосферной и космической оптической связи, которые являются по ряду параметров самыми лучшими в мире, о чем свидетельствует широкая география продаж АО «Мостком», одной из ведущих мировых кампаний в этой области.
Очевидно, что передачу данных по атмосферным оптическим линиям связи также необходимо защищать по технологии КРК. Поэтому ученые и инженеры АО «Мостком», МТУСИ и КуРэйт объединили усилия по разработке наиболее оптимальной концепции системы квантовой связи в атмосфере и космосе, в основе которой заложен модульный подход, что позволяет с минимальными издержками предложить на рынок конкурентное решение для реализации высокоскоростной защищенной связи в атмосфере.
В МТУСИ был создан уникальный научный стенд по исследованию квантовой связи в атмосфере, в котором задействовано серийное оборудование российских фирм, производящих блоки квантовой связи и терминалы атмосферной оптической связи. Предварительные исследования, выполненные на этом стенде, выявили необходимость определенной доработки серийного оборудования, как терминалов оптической связи, так и модернизации алгоритмов синхронизации и автоматической подстройки в блоках квантовой связи, используемых в коммерческих блоках фирмы КуРэйт.
Простое решение, позволившее после незначительной доработки серийного терминала фирмы АО «Мостком» осуществить передачу квантового ключа с использованием учебной установки КуРэйт подробно описано в статье.
Разработка более эффективных и универсальных алгоритмов синхронизации для коммерческих установок квантового распределения ключей потребовало большего времени. В результате теоретических исследований новые, более эффективные алгоритмы синхронизации и интеллектуальной настройки были реализованы группой инженеров КуРэйт в новом программном обеспечении для блоков квантовой связи. Целью экспериментов в МТУСИ, проведенных на стенде для исследования квантовой связи в свободном пространстве, являлось тестирование этих новых алгоритмов.
Результаты исследований, полученные на атмосферной трассе протяженностью 180 м при дополнительном подключении нескольких сегментов оптического кабеля, показали, что новый алгоритм синхронизации обеспечивает стабильную работу блоков квантовой связи даже в условиях сильно изменчивой погоды (эксперименты проводились в условиях слабого дождя) и порывов ветра. Кроме системы синхронизации была проверена работа детекторов одиночных фотонов производства КуРэйт, которые также работали в штатном режиме при подключении блоков квантовой связи к терминалам атмосферной оптической связи.
Таким образом, после установки новых алгоритмов на коммерческие блоки квантовой связи производства КуРэйт, последние могут передавать квантовый ключ не только по ВОЛС, но и через сегменты атмосферной оптической связи, реализованные с использованием терминалов АО «Мостком». Прямые эксперименты по реализации полноценной атмосферной связи, защищённой по технологии КРК с использованием серийного оборудования исключительно российского производства запланированы в ближайшие месяцы.
По мнению заведующего кафедрой «Направляющие телекоммуникационные среды» (НТС) МТУСИ Олега Колесникова, «проводимые исследования позволяют привлекать студентов бакалавриата и магистратуры к научно-исследовательской работе на новейшем оборудовании российских компаний, что создает сильный кадровый фундамент в инновационной отрасли квантовых коммуникаций».
Как отметил профессор кафедры НТС, д.ф.-м.н. Сергей Казанцев, «уникальность стенда МТУСИ, на котором были выполнены эти исследования, заключается в том, что в нем кроме сегмента атмосферной связи, предусмотрена возможность дополнительного подключения сегментов различных проводных каналов связи, в том числе и многосердцевинного волокна. При проведении экспериментов на этом стенде студенты активно вовлекаются в исследовательский процесс, что позволяет им получить уникальные для рынка компетенции и наметить перспективные траектории для дальнейшего развития».
Директор по ИТ АО «Мостком» Сергей Кузнецов считает, что «последняя серия экспериментов на стенде МТУСИ с использованием промышленной установки КРК компании КуРэйт продемонстрировала верность модульного подхода к созданию беспроводных систем КРК. Следующий этап экспериментов позволит перейти к планированию создания промышленных установок атмосферных КРК, которые уже сейчас необходимы в различных информационных системах, требующих высокой степени защиты каналов связи».
