.jpeg)
На текущем этапе развития квантовых коммуникаций особое внимание уделяется разработкам технологий, которые смогут сделать квантовую связь массовой и коммерчески выгодной. Можно выделить следующие ожидаемые инновации, которые в ближайшем будущем могут сделать квантовую связь доступной для широкого применения.
Для подключения конечных потребителей к квантовым сетям необходимы разработка и создание оборудования КРК для абонентских устройств. Управление и мониторинг клиентских терминалов должны осуществляться приложениями и программными интерфейсами для абонентских систем.
Технологии создания клиентских устройств квантовых коммуникаций сейчас находятся на стадии активных разработок, что стимулируется широким спросом со стороны коммерческих структур, правительства, социальной сферы (в т.ч. здравоохранения) и пр.
Одним из очевидных этапов цифровой трансформации является построение сложных топологических систем подключения устройств интернета вещей в рамках концепции «Умный город». По мере ее реализации и масштабирования систем мобильной связи число устройств, обеспечивающих работу дорожной инфраструктуры, транспорта, ЖКХ и других подсистем, будет постоянно увеличиваться.
Технологии 4G и 5G играют ключевую роль в развитии квантовой связи, обеспечивая необходимую платформу для ее интеграции. Высокоскоростные сети стандарта 5G могут поддерживать критически важные приложения, включая системы управления транспортом, видеонаблюдение и интернет вещей. Применение же квантовой связи обеспечит защищенную передачу данных для защиты как абонентских устройств, так и элементов инфраструктуры умных городов.
Например, с помощью квантового распределения ключей можно будет создать надежную защиту каналов связи между элементами умной инфраструктуры – от светофоров и камер наблюдения до беспилотного транспорта. Интеграция квантовой связи в 5G-сети создаст новую основу для эффективного и безопасного управления городской средой.
Атмосферная квантовая связь (АКС) представляет собой квантовое распределение ключей между двумя наземными или околоземными объектами с использованием оптического излучения. Этот канал реализуется через открытое атмосферное пространство и сочетает преимущества квантового распределения ключей, обеспечивающего защиту данных, с достоинствами оптической беспроводной связи.
Конечных применений АКС много, и наиболее интересное из них – защита управляющих каналов и каналов передачи данных для личного и общественного транспорта, в том числе беспилотного. Сейчас каналы связи «автомобиль – дорожная инфраструктура» защищены с помощью PKI (Public Key Infrastructure). Пока ключи там меняются настолько быстро, что злоумышленник не успевает их перехватить и расшифровать. Однако с увеличением вычислительных мощностей и появлением квантового компьютера такие атаки смогут стать успешными.
АКС способна обеспечить необходимый уровень защиты от взлома и перехвата данных, что особенно критично для беспилотников и систем умных дорог.
АКС также может применяться в общественном транспорте для защиты каналов обмена данными с инфраструктурой, предотвращая кибератаки и обеспечивая безопасную работу транспортных систем.
Фото: Shutterstock/FOTODOM
Для решения ряда задач прокладка оптоволоконных линий квантовой связи или развертывание систем атмосферной квантовой связи может быть невозможным. В такой ситуации возникает необходимость в создании технологий надежной космической квантовой связи (ККС), развертывание которой возможно на околоземной орбите. Спутники могут выступать в роли доверенных узлов между удаленными наземными станциями или служить источниками квантовозапутанных пар фотонов, которые затем могут быть разделены и одновременно направлены на две наземные станции.
Космическая квантовая связь имеет особое значение для отдаленных регионов, где отсутствует возможность построить волоконно-оптические линии связи (ВОЛС). В таких зонах, где географические условия или экономические факторы делают прокладку инфраструктуры невозможной, квантовая связь через спутники становится альтернативой традиционным технологиям. Благодаря ККС удаленные территории смогут получать доступ к современным защищенным телекоммуникационным системам, что будет способствовать развитию этих территорий.
На данный момент лидером в космической квантовой гонке является Китай. В 2016 году китайские исследователи запустили на орбиту первый в мире спутник для квантовой связи – Micius. В том же году они провели эксперимент по квантовому распределению ключей между спутником и наземной станцией. Тем не менее стоимость спутника и затраты на его эксплуатацию пока не позволяют рассматривать его как эффективное решение для полноценной космической квантовой связи.
Помимо Китая, в области космической квантовой связи сейчас активно работают исследователи в России, Евросоюзе, Великобритании, Канаде и Сингапуре.
На данный момент передача данных между узлами квантовой сети осуществляется через доверенные промежуточные узлы связи. То есть владелец сети контролирует все оборудование, участвующее в генерации, передаче и приеме элементарных частиц, которые переносят информацию. Такая архитектура обеспечивает высокий уровень безопасности, поскольку исключает подключение злоумышленников к узлам.
Чтобы масштабировать квантовые коммуникации, необходимо разработать технологию недоверенных промежуточных узлов связи. Речь идет о создании устройств и систем, обеспечивающих аналогичный уровень безопасности и необходимую пропускную способность без полного контроля над всеми узлами сети. Теоретически такое решение возможно. Задача состоит в поиске подходящего технологического подхода. Разработка недоверенных промежуточных узлов будет способствовать снижению стоимости строительства и обслуживания сетей квантовых коммуникаций и, как следствие, конечной стоимости подключения для потребителей.
ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ПАРТНЕР – ОАО «РЖД»