Разработка системы квантового распределения ключей с квантовыми повторителями

Актуальность и необходимость

В существующих магистральных квантовых сетях из-за затухания фотонов в оптоволокне невозможно напрямую передать квантовый ключ на расстояние более 100–150 км. Для преодоления этого ограничения строятся цепочки с доверенными узлами, где на каждом промежуточном узле происходит прием ключа и его повторная генерация на следующий участок. В существующих сетях доверенные промежуточные узлы расположены каждые 70 км. Такая система требует доверия к каждому узлу и создания сложной инфраструктуры. Квантовый повторитель решает проблему ограничения иначе: он принимает фотон, сохраняет его квантовое состояние, а затем отправляет дальше другой фотон в том же состоянии. При этом любая попытка вмешательства разрушает состояние и становится обнаруживаемой. Это позволяет создавать полностью недоверенные линии передачи ключа.

Суть технологии

В основе разработки — оптическая квантовая память, реализованная на атомно-частотной гребенке в кристалле, легированном ионами европия (Y₂SiO₅ : Eu³⁺). Кристалл охлаждается до криогенных температур. Состояние фотона сохраняется в виде оптического перехода между энергетическими уровнями иона (переход ⁷F₀ → ⁵D₀, длина волны порядка 580 нм). Время сохранения состояния составляет несколько микросекунд (мкс). Воспроизведение осуществляется с помощью управляющих лазерных импульсов. Внешне установка представляет собой оптический стол с большим количеством элементов, а сама память — герметичное устройство с кристаллом и оптикой.

Ключевые преимущества и эффект от внедрения

Отказ от доверенных узлов

Увеличение длины линий связи

позволяет создавать линии протяженностью значительно более 100 км без промежуточных доверенных узлов.

Снижение рисков

связанных с человеческим фактором и компрометацией недоверенных узлов.

Фундаментальное значение

Фото: Production Perig/Shutterstock/FOTODOM

Мировой контекст

Квантовая память и повторители во всем мире находятся на стадии фундаментальных лабораторных исследований. Промышленных устройств пока не существует. Мировые научные группы демонстрируют прототипы с временем сохранения от микросекунд до секунд. При этом российская разработка по времени хранения состояния фотона (секунды) сопоставима с лучшими лабораторными образцами других стран.

Российская реализация

Казанский научно-исследовательский центр отвечает за разработку квантовой памяти, для верификации использовались запутанные состояния (из отдельной разработки).

Создан экспериментальный стенд, позволяющий сохранять квантовое состояние фотона.

Время жизни состояния — несколько секунд.

Разработана конструкция и схема управления установкой.

Текущий статус и перспективы

Проект завершен, получен экспериментальный образец. В настоящее время технология находится на ранней стадии. Для создания устройства, которое сможет сохранять состояние фотона дольше, потребуются дополнительные исследования и разработки. Долгоживущая квантовая память (секунды и более) — цель последующих этапов работы. Промышленно значимая квантовая память может быть получена через 5–7 лет. Работы будут продолжены в рамках дорожной карты «Квантовые коммуникации».

Высокоскоростной шифратор с поддержкой квантового распределения ключей

Первое в России сертифицированное устройство такого класса.

25.03.2026

/ #шифратор

Шлюз сопряжения для мультивендорной магистральной сети КРК

Устройство предназначено для унификации протокола обмена квантовыми ключами между оборудованием различных производителей.

КРК-система на одном волокне с мультиплексированием по длинам волн

Отечественная разработка, позволяющая передавать квантовые ключи без выделения отдельного волокна.