Учёные России и Китая разработали защищенный канал квантовой связи

Наземные станции двух стран обменялись квантовыми ключами, предназначенными для абсолютно зашифрованных изображений, устанавливая тем самым новый стандарт безопасности в области коммуникаций.

Учёные совершили впечатляющий прогресс, установив канал с квантовой защитой между Россией и КНР, при этом воспользовавшись современными технологиями спутниковой связи.

Тщательная сборка, настройка и запуск наземной станции в Звенигороде стали ключевыми этапами, предшествующими успешному обмену данными с китайскими коллегами. Публикация результатов этого значимого исследования в журнале Optics Express подтверждает его важность и актуальность для мирового научного сообщества.

Этот выдающийся прорыв в области квантовых технологий был не только отмечен, но и удостоен престижной Национальной премии в области будущих технологий "Вызов". В 2023 году этот престижный приз был присужден за серию инновационных разработок, включая ионный квантовый процессор, магниты из высокотемпературного сверхпроводника, вычислительные устройства на основе поляритонов и оптический транзистор. Помимо этого, приз был вручен за открытия, способствующие разработке новых методов лечения заболеваний мозга, что подчеркивает широкий спектр вклада учёных в различные области науки и технологий.

Квантовая коммуникация, одна из первых технологий, ставших предметом коммерческого применения, внесла существенный вклад в обеспечение безопасной передачи конфиденциальной информации. Уже в 2017 году в России была введена первая линия квантовой связи между банками, демонстрируя преимущества новейших технологий в области информационной безопасности.

Несмотря на непрерывный прогресс в разработке различных протоколов передачи сигнала и увеличении его устойчивости к атакам, проблема затухания при передаче излучения на большие расстояния продолжает оставаться актуальной. Исследователи предлагают решение этой проблемы путём дополнения и усложнения волоконной системы или перехода к использованию спутниковой связи. Такие эксперименты позволяют не только проверить работоспособность и эффективность новых методов, но и перенести наработки из области оптоволоконных технологий, что способствует развитию и совершенствованию современных коммуникационных систем.

Команда ученых из Университета МИСиС, отечественного квантового центра и компании "КуСпэйс Технологии" продемонстрировала выдающиеся результаты, добившись передачи информации по защищенному квантовому каналу между Россией и Китаем на расстояние 3,8 тысячи километров. Они не только научились обрабатывать сигнал с учётом неидеальности детекторов, но и предвидели влияние положения спутника на скорость передачи данных и уровень ошибок, что подчеркивает глубокий анализ и подготовку к проведению эксперимента.

Для управления наземной станцией в Звенигороде была использована высокотехнологичная система сбора, наведения и отслеживания, включающая два телескопа: основной телескоп, управляемый моторизованной установкой, и вспомогательный телескоп с камерой. Алгоритм обработки изображения позволил точно определить центр изображения спутника и корректировать ориентацию телескопа. Использование разных длин волн света для восходящих и нисходящих пучков обеспечило эффективную спектральную фильтрацию и получение высококонтрастного изображения.

Установка системы анализа и обработки оптических сигналов на наземной станции в Звенигороде позволила эффективно регулировать отклонения луча, вращение системы отсчёта поляризации и спектральную фильтрацию фотонов с высокой точностью. Благодаря этим инновационным методам удалось успешно передать секретный ключ длиной 310 килобит, открывая новые перспективы для повышения скорости передачи данных с использованием систем квантового распределения ключей на большие расстояния.

Несмотря на то, что спутниковая связь с квантовой защитой пока не доступна для глобального коммерческого использования, оптоволоконные линии продолжают активно применяться для квантового распределения ключей. В настоящее время ведутся работы по разработке новых повторителей сигнала, позволяющих передавать квантовый сигнал вместе с классическим по одному волокну, что способствует более широкому использованию квантовых систем в современных коммуникационных сетях.