Физики побили рекорд дальности квантового шифрования

Китайские физики реализовали один из алгоритмов квантовой криптографии на рекордных дистанциях — свыше 400 километров. Это примерно на 100 километров превосходит предыдущий рекорд. Однако скорость генерации ключа для шифрования на таких дистанциях невелика — за три месяца эксперимента авторам удалось передать лишь 2584 бита. Результаты исследования авторы опубликовали на архиве препринтов arxiv.org, кратко о работе сообщает MIT Technology Review.

Квантовое распределение ключа — основа квантовой криптографии. Это метод, который позволяет гарантированно безопасно создать ключ, используемый затем для шифрования классической информации. В традиционной его реализации отправитель посылает ключ получателю с помощью одиночных фотонов. Они хранят случайным образам записанный в них бит информации — в поляризации или фазовом сдвиге. Любая попытка злоумышленника прочитать информацию необратимо меняет состояние фотона, о чем тут же узнают получатель и отправитель, сверив небольшую часть ключа. Подробнее о квантовой криптографии можно почитать в нашем материале.

Несмотря на теоретическую невзламываемость этого метода генерации ключа, известны несколько вариантов хакерских атак на квантово защищенные линии. В частности, в реальности для передачи используются не однофотонные источники, а ослабленные лазерные импульсы, которые иногда содержат не один фотон, а два или даже больше. Злоумышленник может «забрать» один фотон с информацией себе и прочитать ее. 

Для того, чтобы избежать подобного физики разработали более сложный протокол, в котором успех генерации ключа не зависит от измерительного оборудования и качества источника. В нем используется дополнительный «подставной» фотон. Методика получила название квантового распределения ключа, независимого от устройств (DIQKD). Однако первые результаты ее использования показали, что скорость генерации ключа на дистанции в 200 километров между отправителем и получателем не превышала одного бита в минуту. 

Авторы использовали усовершенствованную методику, с несколько уменьшенной безопасностью — она не защищена от взлома оборудования отправителя (но не получателя). С ее помощью авторы смогли генерировать 9,55 бит ключа в секунду — в 500 раз больше, чем в предыдущих экспериментах. Чтобы протестировать генерацию ключа на более длинных расстояниях физики воспользовались оптоволокном с чрезвычайно низкими потерями. Увеличив дистанцию до 404 километров ученые накопили 2584 бита ключа за три месяца эксперимента. Это рекордное расстояние, использованное для квантового распределения ключа.

Ранее американские физики реализовали абсолютно устойчивое квантовое шифрование в лаборатории — оно позволяет передавать с помощью фотонов и ключ и зашифрованную информацию. Кроме того, недавно российские физики протестировали первую «уличную» линию межбанковской квантовой связи.

Владимир Королёв