Logo
Cover

Волоконно-оптические сети — современный стандарт связи, по ним ежедневно перекачиваются терабайты данных. Но есть один существенный минус — их можно взломать. Нидерландский исследовательский институт QuTech разрабатывают технологию, которая сделает это невозможным.

728

Замысел команды ученых под руководством Штефани Венер и Рональда Хансона состоит в применении принципов квантовой механики для создания абсолютно безопасной коммуникационной сети между Делфтом и тремя другими городами Нидерландов — Гаагой, Лейденом и Амстердамом. Произойти это должно к 2020 году, пишет MIT Technology Review.

На их пути есть ряд сложностей, но потенциально проект может стать для квантового интернета таким же катализатором, каким был Arpnet, созданный министерством обороны США в 1960-х и послуживший прообразом интернета.

Невзламываемость квантового интернета строится на способности квантового бита одновременно быть и единицей, и нулем, пока не вмешается наблюдатель. Тогда частица — атом, электрон или фотон — тотчас примет одно из состояний, то есть факт взлома нарушит информационный поток и оповестит о нарушении безопасности.

Это свойство кубитов уже некоторое время позволяет использовать их для генерации ключей шифрования. Благодаря так называемому квантовому распределению ключей данные можно посылать в классическом виде по сети, а ключи, необходимые для их расшифровки, посылаются отдельно в квантовом состоянии.

Китай уже демонстрировал впечатляющее применение квантового распределения ключей — в прошлом году там использовали спутник «Мо-цзы» для передачи квантовых ключей на две наземных станции, в Пекине и в Вене.

Эти ключи обеспечили защищенную связь для видеозвонка между двумя этими городами. Также китайские специалисты построили наземную линию квантовой коммуникации между Пекином и Шанхаем, по которой банки и другие учреждения передают конфиденциальную информацию.

Однако у этого подхода есть ограничения. Фотоны могут абсорбираться атмосферой или материалами, из которых изготовлены кабели, поэтому обычно не перемещаются на расстояние более пары десятков километров. На линии приходится строить узлы, где сигналы расшифровываются и снова зашифровываются перед отправкой дальше. К примеру, на линии Пекин-Шанхай таких узлов 32.

Это серьезно увеличивает стоимость линии и ее уязвимость: каждый узел можно взломать и незаметно скопировать классический ключ шифрования.

Преодолеть эти ограничения поможет технология квантовой телепортации, основанная на феномене квантовой запутанности. Спутанные кубиты могут перемещаться на любое расстояние друг от друга, но все равно останутся связанными, и изменение состояния одного тут же повлияет на изменение состояния другого.

Существует несколько способов создания запутанных кубитов. Хансон использует микроскопические искусственные алмазы с дефектами — азотно-замещенной вакансией или NV-центром. Этими дефектами можно управлять при помощи света и микроволн, чтобы запускать фотоны на большие расстояния. Или, по крайней мере, пытаться, потому что запутанность на дальней дистанции работает пока не очень гладко.

Тем не менее, прогресс есть. В 2015 Хансону и его группе удалось спутать кубиты, находящиеся на расстоянии 1,3 км друг от друга, но связь можно было установить только раз в час и на долю секунды. В июне этого года ученые добились спутывания двух электронов, разделенных несколькими метрами — но информацию можно было передавать до 40 раз в секунду.

Венер руководит проектированием сетей и ПО для соединения четырех городов. Программы, которые используются для управления классической коммуникационной сетью, не подходят для квантовой телепортации. На недавно прошедшем хакатоне, организованном QuTech, было предложено разработать приложения для голосований, надежных цифровых подписей и даже квантовый чат.