От концепции до воплощения. Как технология квантовых коммуникаций за полвека прошла путь от теории до работающих прототипов и инфраструктурных проектов? Ключевые этапы развития технологии квантовых коммуникаций в России и мире.
Студент Колумбийского университета Стивен Визнер направил работу «Сопряженное кодирование» в журнал IEEE Information Theory. В ней он описал идею использования квантовых состояний фотонов для защиты денежных банкнот. В купюры предлагалось вмонтировать по 20 световых ловушек и помещать в каждую из них по одному фотону, поляризованному в строго определенном состоянии. Серийный номер банкноты заключал бы информацию о положении поляризационного фотонного фильтра. Работа редакторам показалась слишком революционной – ее сочли фантастической. Опубликована она была лишь в 1983 году и в другом журнале.
Теорема Холево устанавливает верхний предел количества информации, которая может быть извлечена из квантовых состояний. Теорема, ставшая основой квантовой криптографии, названа в честь ее автора – российского математика Александра Холево.
Сформулирован первый и базовый протокол квантовой криптографии BB84, названный в честь авторов Чарльза Беннета (Charles Bennett) и Жиля Брассара (Gilles Вrassard). Доклад на тему «Квантовая криптография: распределение ключа и подбрасывание монет» они подготовили на основе работы Стивена Визнера, той самой, которую в 1970-м сочли фантастической.
Заработала первая квантово-криптографическая система, созданная авторами протокола BB84. Квантовый канал представлял собой свободный воздушный канал длиной около 32 см. Макет управлялся персональным компьютером, софт которого содержал программное представление пользователей и злоумышленника.
Польский физик Артур Экерт предложил создать протокол квантовой криптографии, основанный на спутанных состояниях квантов. В его основу были положены принципы парадокса Эйнштейна – Подольского – Розена, в частности принцип нелокальности спутанных квантовых объектов.
Систему передачи квантовых ключей начали разрабатывать в лаборатории Института физики полупроводников Сибирского отделения РАН.
Американская компания Magiq Technologies представила технологию распределения ключей Navajo. Она способна в реальном времени генерировать и распространять ключи с помощью квантовых технологий.
Швейцарские инженеры компании GAP-Optique из Женевского университета представили первую коммерческую систему квантовой криптографии.
На выборах в Швейцарии квантовые сети использовались для передачи данных – от избирательных участков до дата-центров государственной центральной избирательной комиссии.
В рамках проекта Tokyo QKD Network в Японии состоялась пробная телеконференция: ее участников разделяли 45 км, а сигнал между ними передавался по простым оптоволоконным каналам, защищенный с помощью квантовых технологий.
Прототип системы связал два корпуса Университета ИТМО в Санкт-Петербурге, расположенные на расстоянии 1 км.
Была развернута с помощью специалистов Российского квантового центра. Канал связи был проложен между двумя офисами Газпромбанка. Расстояние между точками составило 30 км.
Телефон ViPNet QSS Phone – совместная разработка Центра квантовых технологий МГУ имени М.В. Ломоносова и российской компании «ИнфоТеКС». В ходе испытаний прошел сеанс голосовой связи, защищенной с помощью квантовых ключей, между офисами разработчиков.
Инфраструктура была развернута между Москвой и Санкт-Петербургом. Строительство и эксплуатацию линии ведет ОАО «РЖД».
Разработку системы осуществила компания «ИнфоТеКС».
Президент России Владимир Путин, выступая на форуме будущих технологий «Вычисления и связь. Квантовый мир», дал поручение в течение года подготовить новый нацпроект по формированию экономики данных. Новый нацпроект, по словам президента, должен отвечать за сбор данных, развитие систем связи, суверенную инфраструктуру для хранения данных в стране, отечественные облачные и вычислительные решения, безопасность данных, продолжение работы над технологиями квантовой коммуникации и шифрования.