Запущена единственная в СНГ многоузловая квантовая сеть

11.05.2017

Группа ученых из Казанского квантового центра КНИТУ-КАИ и Университета ИТМО успешно запустила первую в России и СНГ многоузловую квантовую сеть в полном режиме. Впервые в отечественной практике квантовыми каналами на базе действующей городской телекоммуникационной инфраструктуры объединены четыре точки, расположенные в разных районах столицы Татарстана. 

Проект полностью основан на российских разработках, которые по своим техническим характеристикам не уступают передовым зарубежным аналогам, а по ряду параметров превосходят их.

Квантовые коммуникации гарантируют абсолютную неуязвимость линий связи для хакерских атак. В отличие от математических алгоритмов шифрования, даже самый сложный из которых можно «раскусить», в системе квантовых коммуникаций на защиту данных встают фундаментальные законы квантовой физики: носителями информации здесь выступают одиночные фотоны, которые необратимо изменяются при любой попытке перехвата сигнала – таким образом, пользователь мгновенно узнает о вторжении в канал. Технологии квантовой связи лягут в основу инфраструктуры сетевой безопасности будущего, а в перспективе интегрируются в концепцию «Интернета вещей», что кардинально изменит повседневный технологический уклад. Именно поэтому над развитием данных технологий работают ученые ведущих стран мира. Крупнейшие многоузловые квантовые сети созданы в США (разработка Управления перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA)), Европе (SEQOQC), Японии (Сеть Токио, разработчик – компания Toshiba) и Китае.

Пилотный сегмент Казанской квантовой сети, соединивший два из четырех узлов, был протестирован в августе 2016 года. Сейчас полностью налажена коммуникация между всеми четырьмя точками и разработан новый протокол передачи данных, оптимизированный для городской инфраструктуры. Сеть реализуется на действующих оптоволоконных линиях связи оператора «Таттелеком». Два узла расположены в главных коммутационных станциях «Таттелекома» на разных берегах реки Казанки, еще два – в зданиях КНИТУ-КАИ. Точки находятся на расстоянии около 10 км друг от друга, при этом длина оптического кабеля между отдельными узлами в ходе технических испытаний достигала 30-40 км.

Во время запуска между узлами сети производилась передача команд управления и пересылка демонстрационных файлов, а также была протестирована аудиосвязь посредством квантового кодирования – фактически в режиме «квантового телефона». В основе сети лежит технология квантовой коммуникации на боковых частотах, обладающая высокими параметрами скорости передачи квантовых бит в сети (до 10 раз выше альтернативных проектов, реализуемых в России и мире). В ходе испытаний скорость генерации просеянных квантовых последовательностей на отдельных участках сети превышала 100 кбит/с.

«Данный проект создает базу для развития национальной инфраструктуры квантовых коммуникаций. Разрабатываемая технология ляжет в основу распределенных защищенных сетей нового поколения: если раньше операторы обеспечивали исключительно доставку данных, то теперь они смогут предоставлять клиентам и сервисы защищенной передачи данных, формируя многопользовательскую доверенную среду. Это будет достигнуто с помощью масштабирования предлагаемого нами решения и формирования стандартов в области квантовой связи, – поясняет руководитель лаборатории квантовой информатики международного института фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО и лаборатории практической квантовой криптографии Казанского квантового центра Артур Глейм. – Дальнейшие планы развития казанской сети идут в двух направлениях: во-первых, совершенствование параметров квантового канала (скорости, дальности и других), а во-вторых, стыковка и развитие на его основе самых разных информационных сервисов – от центров обработки данных и систем, обеспечивающих бесперебойную работу различных объектов городского хозяйства, до мобильной связи и, например, мессенджеров».

Артур Глейм

Артур Глейм

«Наш союз с Университетом ИТМО очень удачен и основан на общих научных интересах, – комментирует директор Казанского квантового центра КНИТУ-КАИ Сергей Моисеев. – Исходная система передачи квантового ключа была сделана в Санкт-Петербурге, мы же помогаем ее усовершенствовать. Лаборатория КНИТУ-КАИ уже больше 15 лет занимается квантовой памятью, но нашим разработкам нужно было найти и практическое применение, а коллегам из Университета ИТМО требовалась квантовая память для осуществления коммуникаций на большие расстояния. Уже два года мы плотно сотрудничаем. В дальнейшем мы планируем создать репитер (усилитель сигнала, который сохраняет квантовое состояние и передает его по каналу, что позволяет увеличивать дальность связи) и сертифицировать сеть. Ежедневно мы проводим технические испытания сети, улучшаем маршрутизацию, стабилизируем аппаратуру».

Директор по информатизации и новым технологиям ПАО «Таттелеком» Альберт Яковлев, в свою очередь, убежден, что данная технология квантового шифрования позволит банковским структурам, госорганам и спецслужбам, использующим для передачи данных выделенные оптические волокна, передавать информацию между своими объектами с нулевой вероятностью несанкционированного доступа.

«Подобные единичные разработки существуют и за рубежом, но отечественные потребители могут получить преимущество по стоимости и доступности технической поддержки напрямую от российских разработчиков, – отмечает он. – Уровень использования оптических каналов связи в будущем значительно возрастет, что открывает широкие перспективы применения технологии на практике. Использование квантового шифрования повысит уровень информационной безопасности на национальном уровне».

Ранее на территории СНГ в городских условиях запускались линии квантовых коммуникаций, соединяющие только две точки. Самая первая заработала в Университете ИТМО в 2014 году: ученые связали квантовым каналом два корпуса вуза через действующий подземный оптоволоконный кабель. В июне 2016 года Российский квантовый центр анонсировал запуск еще одной городской линии квантовой связи – между двумя московскими зданиями Газпромбанка, а в сентябре 2016 года МГУ сообщил о соединении двух точек в городах Подмосковья. В рамках казанского проекта впервые в СНГ удалось объединить в сеть несколько абонентов – по словам разработчиков, многоузловая структура требует принципиально иных технических решений, нежели система «точка – точка».

Казанская квантовая сеть создается в рамках Национальной технологической инициативы по направлению SafeNet, ориентированному на развитие новых персональных систем сетевой безопасности и квантовых коммуникаций в России, при поддержке Консорциума в области квантовых технологий. 

Пресс-служба Университета ИТМО