Китай строит первую в мире интегрированную сеть квантовой связи

Китайские ученые создали первую в мире интегрированную сеть квантовой связи, объединив более 700 оптических волокон на земле с двумя линиями связи земля-спутник для достижения распределения квантовых ключей на общем расстоянии 4600 километров для пользователей по всей стране. Команда, возглавляемая Цзяньвэй Пэном, Юао Ченом, Чэнчжи Пэном из Китайского университета науки и технологий в Хэфэе, рассказала в Nature о своих последних достижениях в области глобального практического применения такой сети для будущих коммуникаций.

В отличие от обычного шифрования, квантовую сеть нельзя взломать. Это отличный вариант безопасной передачи информации для банков, электрических сетей и других секторов. Ядром квантовой коммуникации является квантовое распределение ключей (QKD), которое использует квантовые состояния частиц, например, фотонов, для формирования цепочки нулей и единиц. Любое подслушивание между отправителем и получателем изменит эту строку или ключ и сразу будет распознано. Другая важная технология QKD использует свободное пространство между спутниками и наземными станциями для передач на уровне тысячи километров. В 2016 году Китай запустил первый в мире спутник квантовой связи (QUESS, или Mozi / Micius), достигнув QKD с двумя наземными станциями, расположенными на расстоянии 2600 км друг от друга. В 2017 году было завершено строительство оптоволоконной сети протяженностью более 2000 км для QKD между Пекином и Шанхаем.

Используя надежные ретрансляторы, наземная оптоволоконная сеть и каналы спутниковой связи были объединены для обслуживания более 150 промышленных пользователей по всему Китаю, включая государственные и местные банки, муниципальные электросети и веб-сайты электронного правительства. «Наша работа показывает, что технология квантовой связи достаточно зрелая для крупномасштабных практических приложений», — сказал Цзянвэй Пан, профессор USTC. Точно так же глобальная сеть квантовой связи может быть создана, если будут объединены национальные квантовые сети из разных стран и если университеты, учреждения и компании объединятся для стандартизации соответствующих протоколов, оборудования и т. д., добавил Цзянвэй Пан.

За последние пару лет команда тщательно протестировала и улучшила производительность различных частей интегрированной сети. Например, с увеличенной тактовой частотой и более эффективным протоколом QKD спутник-земля теперь имеет среднюю скорость генерации ключей 47,8 килобит в секунду, что в 40 раз выше, чем предыдущая скорость. Исследователи также установили рекорд наземного QKD на расстояние более 500 км, используя новую технологию, называемую двойным полем QKD (TF-QKD).

В будущем ученные продолжат расширение сети в Китае, а также будут работать с международными партнерами из Австрии, Италии, России и Канады. Они стремятся разработать маломасштабные, экономичные спутники QKD и наземные приемники, а также спутники на средней и высокой околоземной орбите для достижения постоянного уровня QKD на уровне десяти тысяч км.

Раннее мы уже писали о том, что  телекоммуникационная компания Китая China Telecom с января текущего года запустила в тестовом режиме программу, с помощью которой пользователи могут совершать звонки с применением алгоритмов квантового шифрования, что обеспечивает надежное соединение со сквозным шифрованием.