Створено технологію розгортання бюджетної квантової мережі

21

Вчені центру нті «квантові комунікації» ніту «місіс», мфті і ркц розробили унікальну архітектуру квантової мережі, яка дозволяє на 28% знизити вартість її розгортання і обслуговування за рахунок використання оптичних перемикачів і зменшення кількості пристроїв квантового розподілу ключів. Результати роботи опубліковані в науковому журналі optics express.

Квантовий розподіл ключів – крк) — метод передачі секретного ключа між двома сторонами, безпека якого заснована на фундаментальних законах квантової фізики. Крк дозволяє створити загальний випадковий ключ, який відомий тільки передавальної і приймаючої сторонам, і використовувати його для шифрування і розшифрування повідомлень. Важливим і унікальним властивістю квантового розподілу ключів є можливість фізично виявити, по збільшеному рівню квантових помилок або інших аномалій, присутність третьої сторони, яка намагається отримати інформацію про ключ.

Створення квантових мереж пов’язане з низкою проблем: високою вартістю пристроїв крк і необхідністю забезпечення розумних швидкостей передачі секретних ключів між суб’єктами, що спілкуються. Максимальна швидкість передачі сигналу залежить від довжини лінії і параметрів крк-установки. Вона буде «розумною», якщо буде більше або дорівнює швидкості витрачання ключа споживачем. В іншому випадку ключ необхідної довжини буде не встигати накопичуватися, і передача шифрованих даних буде перериватися на «паузу».

Група вчених нті ніту «місіс», мфті і ркц запропонувала вирішити ці труднощі в розвитку мереж крк за рахунок використання оптичних комутаторів існуючих оптоволоконних мереж, що дозволить скоротити кількість використовуваних пристроїв крк.

» ідея використання комутаторів полягає в тому, що оптичні канали існуючої телекомунікаційної структури дуже різнорідні з точки зору втрат, тому швидкість генерації ключів сильно різниться в різних сегментах. Тому, принаймні, у випадку конфігурації магістральної квантової мережі, немає сенсу організовувати безперервну генерацію ключів на всіх ділянках-швидкість генерації ключів обмежена найповільнішим каналом. Таким чином, використання оптичних перемикачів в сегментах з низькими втратами може допомогти значно знизити загальну вартість квантової мережі, в той час як швидкість генерації секретного ключа залишається досить високою», – розповів співавтор дослідження, керівник лабораторії теорії квантових комунікацій центру нті «квантові комунікації» ніту «місіс» андрій тайдуганов.

Дослідники у своїй роботі представили архітектуру мережі крк, яка заснована на використанні оптичних перемикачів і скороченні кількості передавальних і особливо приймальних пристроїв, в яких використовуються однофотонні детектори. Вони дали відповідну модифікацію мережевого протоколу мережі, використавши реалістичну протестовану в лабораторних умовах модель роботи протоколу. За допомогою даної моделі був проведений розрахунок швидкостей генерації ключа для кожної ділянки проектованої магістральної квантової мережі протяжністю 670 км між москвою і удомлей (тверська область), і проведена оптимізація конфігурації мережі для забезпечення її максимальної продуктивності. В якості прототипу була зібрана мережа з чотирьох вузлів з одним перемикачем і розроблений мережевий протокол. Робота цієї невеликої мережі була протестована в лабораторних умовах: проведено порівняння отриманих експериментальних результатів з передбаченнями розробленої теоретичної моделі, яке продемонструвало її валідність.

Розробники досліджували можливі схеми мережі з різним розміщенням пристроїв і запропонували кілька конфігурацій, які забезпечують зниження витрат на 28% на розгортання і обслуговування всієї системи без істотної втрати загальної швидкості передачі інформації.