Оборудование для квантовой сети.

Компания — национальный чемпион «ИнфоТеКС» совместно с учеными физического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова создали университетскую квантовую сеть (УКС) — квантовую защищенную систему связи. Торжественный запуск сети состоялся 16 декабря в помещении Научной библиотеки МГУ им. М.В.Ломоносова. Технология позволяет покрыть этой сетью практически всю Москву.

Сеть соединила пять квантовых устройств, установленных на территории МГУ на Ленинских горах, Моховой улице, а также в головном офисе компании «ИнфоТеКС» в Отрадном, распределяющих квантовые ключи на двадцать абонентских терминалов. При этом максимальная длина канала квантово-защищенной связи в рамках проекта достигла 40 км.

Справа налево. Ректор МГУ академик Виктор Садовничий, первый заместитель генерального директора ОАО РЖД Сергей Кобзев, генеральный директор АО «ИнфоТеКС» Андрей Чапчаев, научный руководитель Центра квантовых технологий физического факультета Московского университета Сергей Кулик. Источник изображения: «ИнфоТеКС»

Как заявил Виктор Садовничий, «Московский университет занимает лидирующую позицию в России в области квантовых технологий. Здесь в 2018 году создан Центр квантовых технологий, ведущий исследования и разработки по всем направлениям данной предметной области. Квантовым коммуникациям как неотъемлемому элементу квантовых технологий традиционно уделяется огромное внимание. Наш университет стал первой организацией в России, где в опытную эксплуатацию запущена квантово-защищенная сеть. Мы приглашаем наших коллег из других университетов и научных организаций присоединиться к этому передовому проекту».

Представитель РЖД присутствовал на церемонии не случайно. Дело в том, что еще в 2019 году компания подписала соглашение с правительством РФ о намерении развивать квантовые коммуникации, после чего компания была определена ответственной за развитие этого направления. С целью реализации соглашения о намерениях в РЖД создан департамент квантовых коммуникаций, а также управляющий комитет по реализации дорожной карты. Компания вкладывает в это направление науки и техники серьезные средства. И в своем выступлении Сергей Кобзев сказал, что РЖД приложила все усилия, чтобы координировать работу всех участников проекта, и уже думает над использованием результатов этой работы.

А Сергей Кулик напомнил, что еще в 70-е годы прошлого века группа энтузиастов под руководством Давида Клышко занималась такими совершенно непрактическими, как тогда многим казалось, вещами, как генерация двухфотонных состояний света. А на сегодняшний день это основная «рабочая лошадка» квантовой оптики, квантовой информации. Продолжая традиции и исследования физиков МГУ, ученые Центра квантовых технологий смогли создать технологию передачи квантового ключа по оптическим каналам и разработали протокол квантового распределения ключей: «Нам удалось, а это не часто бывает, продвинуть фундаментальную разработку на уровне хайтека в область промышленного продукта». Сергей Кулик поблагодарил за плодотворную совместную работу генерального индустриального партнера этого проекта компанию «ИнфоТеКС» и выразил уверенность, что проект будет успешно доведен до широкого практического применения.

Квантовый телефон

В тандеме компании «ИнфоТеКС» и МГУ физики МГУ разрабатывают основы функционирования системы, а специалисты «ИнфоТеКС» отвечают за разработку аппаратной-программной части системы.

Разработка системы началась в компании «ИнфоТеКС» в 2017 году, и первый результат работы — «квантовый телефон» — был продемонстрирован в декабре того же года. А в декабре 2020-го в МГУ стартовало создание УКС. Первый этап проекта завершился в августе 2021 года. В ходе него состоялось подключение всех объектов, была проверена корректность работы оборудования при обмене информацией по защищенному каналу связи.

К этому времени все запланированные для подключения объекты были введены в работу с проверкой корректности функционирования оборудования. На втором этапе была проведена настройка квантового оборудования и интеграция университетского сегмента сети с сетью компании «ИнфоТеКС» в Отрадном, после чего в сентябре началась опытная эксплуатация сети.

Андрей Чапчаев начал свое выступление с образного сравнения: «Мы пришли в этот проект, когда Сергей Павлович Кулик и его коллеги „блоху“ уже подковали. Наша задача была сделать так, чтобы можно было эту „блоху“ ковать прямо на конвейере. И повторить тот успешный результат, который был достигнут нашими коллегами-физиками к моменту нашего прихода. И в 2019 году мы сделали систему шифрования на квантовых ключах для магистрали 10 гигабит в секунду. Совместно с коллегами с физфака у нас появилась такая мысль, что нужно сделать еще и комплект оборудования, для того чтобы доставить ключи непосредственно до потребителей.

Тут и появилась топология „Звезда“, были созданы и абонентские устройства, и абонентские телефоны. Далее мы наладили серийное производство сервера квантового распределения ключей абонентского пункта в Томске. А сейчас сеть построена. Сегодня с помощью этой серийной технологии можно покрыть практически всю Москву. Мы надеемся, что к концу 2022 года сможем вывести на рынок еще одно изделие — доверенные промежуточные узлы. Это позволит строить квантово-защищенные сети произвольной топологии, а серийное производство доверенных промежуточные узлов даст возможность создавать такие сети в масштабах всей страны. Это итог нашей совместной пятилетней работы».

Как это устроено

УКС — это первая в России сеть квантовой криптографической системы связи, построенная на первом российском квантовом телефоне ViPNet QSS — совместной разработке компании «ИнфоТеКС» и Центра компетенций НТИ — Центра квантовых технологий физфака МГУ.

Квантовая криптография — это технология кодирования и передачи данных в квантовых состояниях фотонов. Законы физики не позволяют определить квантовое состояние так, чтобы оно не изменилось, поэтому квантовый канал связи невозможно прослушать незаметно для адресатов.

Если в обычных волоконных линиях информация кодируется в импульсах излучения лазера, например в двухуровневой форме (есть сигнал — 1, нет сигнала — 0), то для квантовой связи данные кодируются в состояниях одиночных фотонов — например, в поляризации или фазе. Одному варианту поляризации приписывается значение 1, противоположному — 0.

Телефон ViPNet QSS представляет собой стационарный IP-телефон, подключенный к устройству квантового распределения ключей. А пара квантовых телефонов способна надежно сформировать общий секретный ключ, которым будет шифроваться общение собеседников. Система генерирует два случайных числа для обоих собеседников, и с помощью фотонов они обмениваются ими и вырабатывают общий ключ.

УКС работает в топологии «Звезда», которая предполагает возможность подключения нескольких клиентских абонентских устройств к центральному квантовому серверу.

При этом ключи шифрования вырабатываются и доставляются без участия администратора, что исключает риски, связанные с человеческим фактором. Еще одним преимуществом квантового распределения ключей является высокая скорость автоматической смены ключей: они меняются раз в минуту.

При создании УКС была предусмотрена возможность присоединения других участников, что в перспективе позволит использовать преимущества технологии квантового распределения ключей в полной мере.

источник