Квантовое оборудование с недоверенным центральным узлом

В рамках реализации дорожной карты по развитию высокотехнологичного направления «Квантовые коммуникации» ведется строительство магистральной квантовой сети, чья протяженность должна достигнуть порядка 15 тыс. км. Защита передачи данных осуществляется через доверенные узлы квантовой сети. В среднем расстояние между узлами магистральной квантовой сети составляет 50–70 км. Основной сложностью такого подхода является обеспечение «доверенности» (надежности) места размещения оборудования, что, в свою очередь, сказывается на стоимости подготовки таких помещений (зон). Использование технологии квантового распределения ключей с использованием недоверенного центрального узла позволит сократить затраты на подготовку мест размещения и увеличить расстояние между доверенными зонами.

Решение основано на концепции недоверенного центрального узла, в такой архитектуре в промежуточной точке (Чарли) размещается детектор одиночных фотонов с оптическим оборудованием, а источники ослабленных состояний (одиночных фотонов) — у абонентов (Алисы и Боба). Краткая суть протокола:

Использование недоверенного центрального узла позволяет формировать два плеча по 80 км каждое, увеличивая дистанцию между доверенными точками до 160 км.

Ранее, в 2023 году, исследователи из Университета науки и технологии Китая реализовали протокол Twin-Field QKD (является вариантом протоколов квантового распределения ключей, независимых от измерительного устройства MDI-QKD) на наземной оптоволоконной линии протяженностью 1002 км, чтобы экспериментально показать, что распределение квантового ключа возможно на межрегиональных дистанциях без использования квантовых ретрансляторов. В ходе эксперимента был установлен рекорд по дальности распределения квантового ключа в наземной волоконной линии. Однако эксперимент сопровождался крайне низкой скоростью генерации ключей, недостаточной для практического шифрования реального трафика.

Аналогичные работы ведутся и в Европе. Так, в Нидерландах в 2022 году продемонстрирован полевой запуск MDI-QKD между тремя городами по действующей операторской оптоволоконной инфраструктуре с совместной передачей IP-трафика. В 2025 году консорциум BeQCI совместно с Q*Bird запустил первую кросс-граничную 132-километровую MDI-QKD линию квантового распределения ключей. Она запущена между Бельгией и Люксембургом в рамках EuroQCI — флагманской инициативы Евросоюза по созданию безопасной квантовой коммуникационной сети для всех государств — членов ЕС. Исследователи реализовали многопользовательскую звездообразную сеть с недоверенным центральным узлом с возможностью интеграции различных QKD-технологий и систем управления ключами.

В России исследования и разработки в области детектор-независимых протоколов MDI-QKD ведутся, в частности, в НИТУ «МИСИС». Там совместно с ОАО «РЖД» создан и испытан опытный образец оборудования квантового распределения ключей с недоверенным центральным узлом, предназначенный для применения в магистральных квантовых сетях. Такой узел не накапливает квантовые ключи шифрования в сети типа «звезда» (с центральным узлом и несколькими подключенными периферийными устройствами связи). Ключ распределяется сразу между периферийными устройствами. Это позволяет снизить возможность несанкционированного доступа. Эта технология позволит значительно оптимизировать архитектуру квантовых сетей.

Работа реализуется в формате научно-исследовательской разработки (НИР) с созданием экспериментального образца. На данный момент:

Разработка опирается на российское ПО и отечественные детекторы одиночных фотонов, применяемые протоколы адаптированы под национальные криптографические и нормативные требования.