Квантовый технологический скачок

В Москве в декабре 2021 г. в опытном режиме запустили Университетскую квантовую сеть. Над ней работали специалисты Центра компетенций НТИ «Квантовые технологии» на базе МГУ, вендор «Инфотекс» и оператор связи «Юл-ком». Основой сети стала собственная разработка – квантовая криптографическая система выработки и распределения ключей ViPNet QSS (Quantum Security System). Она базируется на принципе квантовой физики о невозможности определить квантовое состояние фотонов без их изменения.

Система сама снабжает себя секретными ключами шифрования. Дальше формируются два случайных числа для собеседников, благодаря фотонам стороны меняются ими и получают общий ключ. И здесь протокол квантового распределения ключей позволяет обнаружить присутствие третьей стороны: для перехвата данных ей нужно измерить передаваемые по каналу связи квантовые состояния, а это ведет к их изменению, и связь прекращается.

Ключи обновляются раз в минуту автоматически. Это сводит риск утечки к минимуму, отмечает научный руководитель Центра компетенций НТИ «Квантовые технологии» на базе МГУ Сергей Кулик, будет сложно подобрать ключи даже с помощью квантового компьютера.

Топология сети «звезда» позволяет подключать несколько абонентских терминалов к одному квантовому серверу. В университетскую сеть входит несколько квантовых устройств, которые распределяют ключи шифрования на 20 терминалов: в МГУ на Воробьевых горах и на Моховой улице, в офисе «Инфотекса» в Отрадном. Для пользователей сеть выглядит как IP-телефон с видеосвязью. Но можно отправлять и текстовые сообщения – кодируется любая информация.

К сети планируется подключить вузы и организации из Москвы, центр ведет переговоры об опытной эксплуатации. О продажах говорить рано – разработчики ждут завершения сертификации оборудования.

Для бизнеса, от человека

В границах 10 лет основными пользователями квантовых сетей будут крупные частные компании и компании с госучастием – преимущественно их топ-менеджеры, для которых важна конфиденциальность. Главной причиной для использования квантовой сети остается человеческий фактор, считает Кулик.

«В квантовых сетях, которые есть в России, распределение ключей не предполагает наличия системного администратора. Не секрет, что многие утечки в мире происходят по их вине», – говорит он.

Что касается угрозы квантового компьютера, то считается, что он разрушит систему асимметричной криптографии. Она основана на криптографических ключах, а их стойкость зависит от переборных алгоритмов. «Их сможет «раскалывать» квантовый компьютер. Но в ближайшие 7–10 лет не стоит ожидать их массового появления. А существующие компьютеры от Google и IBM решают крайне ограниченные задачи», – говорит Кулик.

Полное покрытие

Такие проекты, как Университетская квантовая сеть, помогут в строительстве национальной квантовой сети. «РЖД строит квантовые линии от Петербурга до Москвы, далее от Москвы через Нижний Новгород в Казань, южная линия пойдет в Сочи из столицы. К узлам магистральных линий будут подключаться локальные квантовые сети. Это важно – расширяются возможности по связи разных городов», – поясняет Кулик.

В проект могут быть вовлечены ИТМО и Центр компетенций НТИ «Квантовые коммуникации» на базе МИСиСа, который запустил межвузовскую квантовую сеть. «Сейчас идет обсуждение нюансов, как подключить через линию Санкт-Петербург – Москва сети МГУ и ИТМО, – рассказывает Кулик. – Надеюсь, решим вопрос в этом году».

Расстояния, на которые передается квантово защищенная информация, в перспективе составят тысячи километров. В локальных сетях защита гарантируется только до 100 км. Для больших расстояний нужны доверенные узлы, которые используют на магистрали Санкт-Петербург – Москва. Между ними распределяются квантовые ключи, которые синхронизируются в этих точках.

Не отстаем

Кулик отмечает, что по квантовым сетям Россия не отстает от других стран, а местами и опережает их. И все же лидером является Китай.

«В Китае запустили линию Пекин – Шанхай длиной 2000 км, второй спутник космической квантовой связи. Планируется создание глобальной защищенной сети с оптоволоконными сегментами на земле и с космическими. У нас это развивается, серийно выпускается оборудование от «Инфотекса» и других вендоров. Идеологически и технически мы идем ноздря в ноздрю с Китаем».

Американские ученые в июне приступили к тестам Чикагской квантовой сети длиной почти 200 км – одной из самых длинных в стране. На днях исследователи из Южной Кореи провели демонстрацию сети с квантовым распределением ключей. А в апреле запустили испытания квантовой сети в Лондоне.

«Квантовым сетям не хватает опыта интеграции как со стороны заказчиков, так и со стороны производителей, – считает директор Центра компетенций НТИ «Квантовые коммуникации» на базе МИСиСа Юрий Курочкин. – На примере программ Китая, Японии, Кореи, ЕС видно, что на этапе доработки оборудования под нужды индустрии необходимо строить тестовые сети-полигоны и подключать к ним максимальное количество абонентов для отработки бизнес-решений. Господдержка таких полигонов помогает разорвать замкнутый круг. Сети и сервисы не развиваются, потому что нет потребителей, а их нет, так как неразвиты сети и сервисы».

Квантовые сети – основа цифрового суверенитета государств в ближайшие десятилетия, утверждает Курочкин: «Когда потребность в квантовых сетях подтвердится реализацией угрозы квантового взлома, организации и страны мгновенно разделятся на тех, кто успел внедрить защиту, и тех, кто безнадежно отстал».