Ученые из Центра передовых технологий при Индийском технологическом институте Дели успешно продемонстрировали передачу квантовых ключей шифрования по воздуху на расстояние более одного километра. Это не просто рекорд, а важный шаг к практическому применению технологии, которая обещает неуязвимую для взлома связь.
В основе подобных экспериментов лежит странное свойство квантового мира — квантовая запутанность. Две частицы света (фотоны) связываются на квантовом уровне так, что любое воздействие на одну мгновенно влияет на состояние другой, даже если они разнесены на километры. Ученые использовали пары таких запутанных фотонов для генерации секретных криптографических ключей. Попытка перехватить эти фотоны неизбежно нарушает их хрупкое квантовое состояние, и легитимные пользователи связи сразу видят подозрительную активность. Этот метод называется квантовым распределением ключей на основе квантовой запутанности (entanglement-assisted QKD).
Ключевыми результатами индийского теста стали:
- Дистанция: свыше 1 км по прямой в свободном пространстве (на территории кампуса IIT Дели).
- Скорость генерации ключа: около 240 бит в секунду.
- Уровень ошибок: менее 7% (допустимый порог для безопасной связи).
Чем «квантовая связь» лучше традиционных методов? Во-первых, безопасность здесь гарантируется фундаментальными законами физики, а не сложностью математических алгоритмов, которые потенциально могут быть взломаны мощными квантовыми компьютерами.
Во-вторых, использование квантовой запутанности обеспечивает защиту, даже если само оборудование у отправителя или получателя частично скомпрометировано или работает неидеально — фактор, критичный для реальных систем.
Связь осуществлялась учеными по воздуху через оптический канал (лазеры), а не по оптоволокну. Это решает проблему прокладки новых оптоволоконных каналов. Это сложно сделать в труднодоступной местности и вызвало бы определенные сложности в густонаселенных городах. Кроме того, новая технология открывает путь к созданию ультразащищенных каналов связи для кораблей и самолетов, спутниковой связи. Подобные системы можно будет быстро разворачивать в полевых условиях.
Нынешний эксперимент — часть стратегии Индии по развитию квантовых технологий. Ранее та же команда успешно передавала квантовые ключи по подземному оптоволокну. Новый тест доказывает возможность гибридных решений, использующих как оптоволокно, так и беспроводные сегменты.
Наука Mail попросила профессора Сергея Кулика, научного руководителя Центра квантовых технологий физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, прокомментировать достижение.
В настоящее время любые «нативные» реализации квантовой связи я считаю полезными, если они выполняются в реалистичных условиях (нативность) и в контексте комплексных проектов, а не разовых демонстраций. Судя по всему, индийские коллеги и реализуют такой проект, поэтому проведенный эксперимент представляется важным и интересным. Кроме того, они использовали протокол, основанный на перепутанных состояниях, что крайне важно с точки зрения стратегии развития квантовых коммуникаций и разработок основ технологии квантового интернета.
Мы также уточнили у российского эксперта, что сами ученые понимают под термином «квантовый интернет».
«Это целый стек разработок и технологий, целью которых является установление квантовой связи между квантовыми устройствами, — пояснил Сергей Кулик.— Квантовая связь при этом реализуется посредством специфического класса состояний, включающего как ослабленные до однофотонного уровня лазерные импульсы, так и так называемые перепутанные состояния. А под квантовыми устройствами подразумевается широкая линейка оборудования — продуктов квантовых технологий второго поколения, т.е. опирающихся на состояния отдельных квантовых объектов: атомов, ионов, фотонов
Ранее Наука Mail рассказывала о первом квантовом сенсоре гравитации, который поможет изучать Землю из космоса.