Российские физики передали квантовый сигнал между зданиями по воздуху

Российские физики протестировали технологию распределения квантового ключа по воздуху в городских условиях. В ходе эксперимента они связали точки, разделенные расстоянием 180 и 3100 метров, сообщается в пресс-релизе, поступившем в редакцию N + 1. В результате работы исследователи получили данные о работе систем синхронизации квантового канала в условиях различных помех, что позволит в будущем довести технологию до коммерческой реализации.

Квантовые технологии существенно расширили возможности современной криптографии. Если раньше ключ, который нужен для расшифровки сообщения, приходилось передавать физически, то сейчас метод квантового распределения ключей позволяет сгенерировать его одновременно у обоих удаленных пользователей, связанных каким-либо оптическим каналом. Метод хорош еще и тем, что он чувствителен к перехвату сообщения, и потому абсолютно защищен.

На пути к массовому распространению этой технологии, однако, остается множество преград. В первую очередь, проблемой стала хрупкость состояния квантовой запутанности, которая должна сохраняться между двумя фотонами, разнесенными на большое расстояние. Решение этой проблемы зависит от канала оптической связи. В самом распространенном из них — оптическом волокне — недавно удалось достичь рекорда дальности в 830 километров.

Для связи не всегда удается использовать оптическое волокно. Хотя сегодня и есть примеры квантовой связи через спутники, такая дорогая технология оправдана для дальней связи, в то время как для точек, между которыми есть прямая видимость, предпочтительнее было бы использовать атмосферный оптический канал.

Группа российских исследователей из Московского технического университета связи и информатики (МТУСИ) и компаний «Мостком» и QRate (дочерняя компания Российского квантового центра) сообщила об эксперименте по передаче квантового ключа по воздуху в городских условиях на расстоянии 180 и 3100 метров. Им удалось совместить лазерную передачу данных через атмосферу с генерацией квантового ключа, а также оценить то, как на качество связи влияют различные погодные условия.

В ходе эксперимента исследователи размещали на крышах зданий МТУСИ терминалы атмосферной оптической связи M1-40GE, разработанные компанией «Мостком». Терминалы передавали пакеты на длинах волн в диапазоне 1550,92–1554,13 нанометров. Дополнительный лазер на длине волны 785 нанометров использовался только для получения служебной информации о потерях в воздухе.

Физики связывали терминалы с блоками квантового распределения ключей QKD312 компании QRate через одномодовое волокно. Для передачи квантового ключа в блоках был реализован протокол BB84 Decoy-State. В двух сериях экспериментов расстояние между парой терминалов составило 180 и 3100 метров, соответственно. В течение недели исследователи проводили круглосуточную работу с оборудованием.

В результате они получили данные о работе систем синхронизации квантового канала связи в реальных городских условиях, а также в присутствии различного типа атмосферных (туман, снег, смог) и оптических (засветка от солнца и городского освещения) помех. Ученые сделали выводы о перспективности такой передачи квантового ключа. До конца года они запланировали провести еще одно испытание, результаты которого помогут доработать технологию до стадии коммерческого использования.

Оптическая атмосферная связь подходит не только для квантовой информации, но и для обычной. Мы уже рассказывали, как Alphabet связал разделенные рекой города с помощью лазерного интернета.

Марат Хамадеев