«Межуниверситетская квантовая сеть ускоряет внедрение квантовых коммуникаций»

Вячеслав Шумков: Действительно, проект МУКС, скорее, нужно рассматривать как распределенную научно-образовательную установку, которая предоставляет доступ к уникальной инфраструктуре квантовых коммуникаций и формирует открытую площадку консолидации ресурсов и экспертизы в области квантовых технологий. Она создана на базе имеющейся научно-исследовательской компьютерной сети (НИКС) и задействует квантовые каналы для распределения ключей. Причем организации, расположенные в разных городах РФ, для коммуникаций опираются на созданную ОАО «РЖД» магистральную квантовую сеть. МУКС появилась в результате выполнения поручения Президента Российской Федерации (от 6 апреля 2023 года № Пр-683) по дополнительным мерам вовлечения школьников и студентов в научно-техническую деятельность организаций – участников инновационных научно-технологических центров, а также информационного сопровождения мероприятий, проводимых такими организациями для школьников и студентов.

В этом смысле МУКС, с одной стороны, является научно-технологической площадкой по квантовым коммуникациям, а с другой – полигоном для решения научно-образовательных и прикладных задач во всех направлениях квантовых технологий.

Сергей Кулик: Если рассматривать квантовый интернет как технологию, обеспечивающую связь между удаленными квантовыми устройствами, то, несомненно, в число задач, решаемых МУКС, будет входить развитие сенсорных сетей. Конкретно речь идет о технологии синхронизации через квантовые каналы связи стандартов «частоты/времени». Этот проект фактически уже запущен в НИЦ «Курчатовский институт».

Другим перспективным направлением развития МУКС в контексте квантового интернета является использование квантовых космических каналов и организация защищенной связи между наземными объектами, уже входящими в МУКС. В настоящее время создание глобальных квантовых информационных сетей планируется как раз с использованием сегментов связи по открытому пространству. Применение малых космических аппаратов в качестве доверенных узлов позволяет реализовать технологию квантового распределения ключей (КРК) на большие расстояния. В некоторых случаях передача данных по оптическому волокну невозможна или нецелесообразна, поэтому используют беспроводной оптический канал в атмосфере. Однако воздушная среда в нижних слоях атмосферы изменчива, возмущения в атмосфере приводят к существенному искажению оптического сигнала и, как следствие, низкой эффективности приема. Применение методов адаптивной оптики в ряде случаев позволяет частично компенсировать деструктивное влияние турбулентности в нижних слоях атмосферы при выработке ключа методом КРК, в том числе при использовании линков «бортовой терминал – наземный терминал» в квантовой космической связи. Поэтому представляют значительный интерес исследование возможности применения этих методов и отработка методики компенсации деструктивных изменений, возникающих от турбулентных потоков, с помощью адаптивной оптической системы, а также их использование в практических задачах построения квантового интернета.

А вообще, направления развития МУКС определяет Концепция создания, развития и эксплуатации Межуниверситетской квантовой сети (МУКС) Национальной исследовательской компьютерной сети (НИКС) на 2024–2030 годы. Этот документ, утвержденный в 2022 году, сейчас проходит заключительную стадию доработок и будет утвержден на Конгрессе молодых ученых в научно-технологическом университете «Сириус» в ноябре этого года.

Вячеслав Шумков: Сегодня МУКС работает, скорее, в режиме научной сети – уникальной научной установки, на основе которой реализуются образовательные и научные проекты по развитию квантовой связи для передачи данных, защищенных квантовыми ключами. МУКС выступает площадкой для запуска пилотных проектов и инструментом для исследования и апробации перспективных направлений развития квантовых коммуникаций, проводимых компаниями в рамках подготовки к практическому использованию оборудования квантового распределения ключей (КРК) и продвижения концепции квантового интернета. Также Межуниверситетская квантовая сеть может послужить полигоном для создания стартапов в рамках программы технологического предпринимательства. Коммерческие организации могут подключаться к МУКС для пилотирования своих задач, а также для решения актуальной проблемы подготовки квалифицированных кадров в области квантовых коммуникаций на реальном оборудовании.

Сергей Кулик: Этот скептицизм имеет вполне реальную основу, поскольку в последние годы усилиями не очень квалифицированных интерпретаторов раздулся информационный пузырь вокруг небывалых возможностей квантовых технологий. Речь идет обо всех их аспектах – коммуникациях, вычислениях, сенсорике. Очень важно сейчас отделять зерна от плевел и показывать компаниям конкретные преимущества их использования. Например, в квантовой связи это прежде всего отсутствие человеческого фактора и возможность защиты информации (персональных данных, файловой структуры, коммерческой тайны и др.) на действующем сертифицированном оборудовании в различных сетевых топологиях. В каком-то смысле квантовые технологии сегодня – это шаг в будущее, шаг, который, возможно, существенно опережает уровень развития современных «классических» информационных технологий, но который неизбежно следует сделать, чтобы предусмотреть вызовы завтрашнего дня.

Что касается практических кейсов, то стоит отметить, что они основаны на использовании оборудования, которое эксплуатируется в разных условиях уже несколько лет. В России имеется четыре вендора такого оборудования: АО «ИнфоТеКС», ООО «Смартс-Кванттелеком», OOO «КуРэйт» и НТП «Криптософт». Первые два вендора представлены в структуре МУКС.

Вячеслав Шумков: Напомню, что нынешний интернет родился именно в университетской среде. Наверное, эта среда наиболее удобна для развития высокотехнологичных разработок на первом этапе их жизненного цикла, когда превалируют научно-исследовательские работы. Что-то аналогичное наблюдается и в квантовых технологиях. Начав свое развитие в университетах, они постепенно оттуда выходят, поскольку для реализации требуется дорогостоящее оборудование, особенно в области квантовых коммуникаций. В связи с этим проект МУКС, конечно, опирается на инфраструктуру НИКС, но «питательной средой» для него являются университетские сообщества: студенты, аспиранты, научные сотрудники и преподаватели, работающие в области квантовых коммуникаций.

Для активизации их усилий в рамках МУКС создан Консорциум научных и образовательных организаций, сопредседателями которого являются президент НИЦ «Курчатовский институт» Михаил Валентинович Ковальчук и ректор Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова Виктор Антонович Садовничий. В Консорциум также входят: компания «Иннопрактика», Московский технический университет связи и информатики, Национальный исследовательский университет ИТМО, Нижегородский государственный университет имени Н.И. Лобачевского, Самарский национальный исследовательский университет имени С.П. Королева и Казанский научный центр РАН.

В задачи Консорциума входят: увеличение выпуска специалистов в области квантовых технологий и квантовых коммуникаций, проведение НИОКР для создания инновационного научно-технического задела в отрасли квантовых коммуникаций, а также совместная с индустриальными партнерами реализация проектов по практическому применению квантовых коммуникаций.

Сергей Кулик: МУКС является важным элементом экосистемы Национальной исследовательской компьютерной сети (НИКС), которая обеспечивает поддержку крупномасштабных научных исследований. Задачи НИКС, такие как создание единого информационного пространства для науки и образования, интеграция с глобальными исследовательскими сетями и предоставление вычислительных ресурсов, полностью разделяются и проектом МУКС. Более подробно с задачами НИКС можно ознакомиться на официальном сайте сети. МУКС вносит свой вклад, добавляя в эту экосистему уникальный компонент – защищенную квантовую коммуникационную инфраструктуру для отработки перспективных технологий.

Сергей Кулик: Образовательная модель проекта в настоящее время только разрабатывается. Специфика процесса подготовки кадров в рамках работы МУКС состоит в том, что оборудование, на базе которого развернута МУКС, является по большей части «боевым» – оно предназначено для решения задач защиты информации, и его возможности по части доступа и проведения, например, лабораторных работ, ограничены. Кстати, это не прихоть разработчиков и производителей, а удовлетворение конкретных требований регулятора отрасли. Упомянутые выше компании-вендоры в настоящее время адаптируют оборудование до так называемых «академических» версий, и я думаю, это правильная стратегия – от создания сертифицированного оборудования к учебным версиям, а не наоборот.

Другим важным фактором в развитии образовательного направления МУКС стала состоявшаяся в конце июня – начале июля 2025 года производственная практика студентов вузов – членов Консорциума. В ходе практики студенты знакомились с действующим оборудованием, посещали площадки МУКС в Москве, слушали курсы тематических лекций по квантовым коммуникациям, архитектурам классических и квантовых сетей. В этом году организацию практики на себя взял НИЦ «Курчатовский институт», который, кстати, предоставил ребятам общежитие на время стажировки. В дальнейшем мы планируем расширить площадки и задействовать ресурсы других участников Консорциума. Думаю, что практическая часть образовательной модели очень важна и внесет вклад в продвижение квантовых технологий.

Еще одним важным шагом в развитии проекта МУКС станет создание проектного офиса, который будет отвечать за организационное обеспечение деятельности и развитие Консорциума ресурсами проектной команды, а также за техническое сопровождение работы МУКС. Рассматривается вопрос о том, на базе какой организации будет функционировать такой проектный офис. Однако стоит отметить, что уже сейчас АНО «Центр развития квантовых технологий» (АНО «ЦРКТ») в инициативном порядке выполняет функции проектного офиса, уже создан постоянно действующий сайт (quantum.su). АНО «ЦРКТ» является резидентом ИНТЦ МГУ «Воробьевы горы» и располагается в кластере «Ломоносов».

Сергей Кулик: Мы активно работаем с несколькими стартапами, прежде всего в части обеспечения удаленного (облачного) доступа к квантовым вычислительным ресурсам, которые имеются в российских организациях – не только членов Консорциума. Эта деятельность тесно связана с проблемой квантового интернета, которая заключается в необходимости организации распределенных квантовых вычислений и построении квантовых сенсорных сетей. 

Сергей Кулик: Мы очень осторожно подходим к масштабированию МУКС. Дело в том, что первостепенной задачей, на наш взгляд, сегодня является совершенствование имеющейся инфраструктуры. В этом смысле в первый год выполнения проекта мы в основном фокусировались на текущих задачах и откладывали как прием новых членов в Консорциум (желающих накопилось достаточно), так и подключение новых сегментов МУКС. Кроме того, поскольку МУКС в существенной степени базируется на магистральных квантовых каналах, проложенных ОАО «РЖД», дальнейшее развитие сети предполагает тесное сотрудничество с этой компанией – лидером в области квантовых коммуникаций, принципы которых только сейчас вырабатываются.

Поверьте, вопросов по подключению к МУКС и новых организаций, и нового оборудования достаточно много. В настоящее время необходимо выработать четкие цели и задачи развития МУКС. Одной из таких целей является технология квантового интернета. Поэтому, рассматривая кандидатов на подключение к МУКС, мы прежде всего принимаем во внимание соответствие предлагаемых программ кандидатов Концепции МУКС – и в научном, и в образовательном, и в организационном аспектах.

К тому же надо учитывать тот факт, что МУКС не функционирует в производственном режиме. Здесь, скорее, речь идет об объединении специалистов технопарков, вузов и других площадок, а не отдельных компаний. Что касается конкретных проектов, которые сегодня реализуются на основе МУКС, то сейчас мы находимся в стадии их активного обсуждения. Это будут реальные проекты, продвигающие концепцию МУКС.

Вячеслав Шумков: МУКС реализует одну из ветвей технологий будущего – технологию квантовых коммуникаций. Замечу, что эта технология отнюдь не сводится к квантовой криптографии – квантовому распределению ключей (КРК). Да, КРК – это наиболее развитая из всех технологий, входящих в пул квантовых технологий. Но квантовый интернет и квантовые сенсорные сети как одни из разновидностей квантового интернета – очень перспективные наукоемкие технологии. Для их запуска необходимо решить несколько важных научно-технологических задач, среди которых я бы выделил технологии генерации, преобразования и регистрации многофотонных перепутанных состояний. Решение этих задач сопряжено с развитием целого пласта научных направлений в квантовой оптике, сенсорике, вычислениях и связи. Это действительно путь в будущее. Путь, по которому невозможно пройти без развития соответствующих образовательных программ и подготовки квалифицированных кадров. Образование – очень серьезный аспект в квантовых технологиях. Без него их развитие невозможно в принципе.

Возвращаясь к вопросу о том, что даст эта сеть пользователю, бизнесу, стране. Ответ более или менее очевиден. Представителям крупных корпораций, бизнеса, государственных органов власти важно отслеживать тенденции в мировой науке. Еще правильнее было бы не только отслеживать, но и проводить соответствующие исследования, чтобы в результате очередного технологического скачка вовремя направить развитие промышленности по пути, уже «расчищенному» научными разработками. Сказанное в полной мере относится к квантовым технологиям и к развитию МУКС в частности.

Изображение сгенерировано recraft