Квантовая связь позволит существенно повысить уровень защищенности передачи информации – текстовых сообщений, изображений, аудио и даже в перспективе видео. Проблема в том, что сейчас вся информация защищается при помощи математических алгоритмов. Но с каждым годом компьютеры становятся все мощнее, и такая информация может быть легко расшифрована. Разрабатываются так называемые квантовые компьютеры, которые позволят очень быстро выполнить ряд математических операций. Например, шифровальный алгоритм RSA основан на факторизации чисел, т.е. разложении их на множители. Компьютер может легко перемножить два числа между собой, а чтобы разложить на множители, потребуется гораздо больше времени. Квантовый компьютер сможет выполнять оба эти процесса моментально, поэтому если будет изобретен универсальный квантовый компьютер, то любая информация зашифрованная с помощью такого алгоритма будет расшифрована в кратчайшие сроки.
Такая проблема существует, поэтому наука работает над ее решениями. Одним из таких решений является создание квантовой связи, где защищенность гарантируется не математикой, а законами физики. В оптоволоконной связи для передачи каждого бита информации используются миллиарды фотонов, поэтому мы можем парочку из них незаметно отделить и получить точную копию. А в квантовой связи в качестве одного бита информации передается один фотон, закодированный специальным образом. Незаметно подслушать его невозможно, так как при измерении фотоны разрушаются. С равной вероятностью обратно положить такие же фотоны мы не можем. В таком случае передающая и принимающая сторона легко поймут, что в линию связи кто-то вклинился и подслушивает. Так мы сможем гарантировано безопасно передавать двоичные последовательности между пользователями. Дальше пользователи смогут использовать эти последовательности для кодирования информации: для идеальной защиты длина ключа должна быть равна длине кодируемого сообщения бит в бит.
Квантовые сети уже существуют в России, хотя до практического применения еще далеко. В 2014 году Университет ИТМО провел первый эксперимент в реальных линиях связи, передав так называемый «квантовый ключ» между двумя корпусами. В прошлом году в Газпромбанке прошел эксперимент, в ходе которого на системе, разработанной в Российском квантовом центре, был передан ключ между двумя отделениями банка. Также на сетях Ростелекома ученые из МГУ успешно передали «квантовый ключ» в Московской области между городами. Сейчас в Татарстане в Казанском квантовом центре КНИТУ-КАИ им. Туполева была создана первая в России многоузловая сеть из трех комплектов устройств, разработанных у нас в ИТМО. Они соединяют разные точки в городе на реальных линиях связи ПАО «Таттелеком».
В конце прошлого десятилетия был запущен европейский проект SECOQC, в рамках которого в одну сеть были объеденины несколько устройств квантовой связи различного типа. Также исследования квантовых сетей ведутся в Китае, США и Японии, причем там смогли зашифровать видеосообщение. Если говорить о преимуществах отечественной системы, изобретенной в ИТМО и запущенной в Татарстане, то они позволяют передавать ключи с большей скоростью и на большее расстояние между узлами по сравнению с зарубежными схемами.
То есть наша система позволяет соединять более удаленные точки (100-150 км), а вообще сегодняшний рекорд для квантовой связи – порядка 300 км. В линиях связи сигнал затухает со временем, а так как мы передаем одиночные фотоны, мы не можем этот сигнал усиливать, так как секретность будет теряться.
Чтобы получить так называемый квантовый интернет, каждые 300 км можно ставить ретранслятор, который мы будем считать доверенным узлом, или запустить спутник, как это сделали в Китае в августе 2016 года, и использовать его как доверенный узел, передавая квантовые ключи на большие расстояния. Китайцы хотят попробовать передавать таким образом квантовые ключи между Пекином и Веной. Спутник пролетает над одним городом –получает секретный ключ – потом пролетает над другим – и отдает ключ. Такой же спутник хотят запустить канадские ученые. Мы сейчас тоже смотрим в эту сторону.