Поделиться
Китай придумал и испытал защиту от квантового взлома обычных линий связи
Китайские ученые уверены, что из-за угрозы, связанной с колоссальной вычислительной мощью квантовых компьютеров, безопасность коммуникаций необходимо вывести на новый, более высокий уровень. Для этого они разработали и развивают технологию прямой защищенной квантовой связи в 2025 г., которую считают перспективной для квантовой коммуникации. Исследователи уже утроили рекорд расстояния, установленный основателем прямой квантовой связи.
Развитие технологии
В Китае испытали защиту от квантового взлома обычных линий связи и побили рекорд по расстоянию, установленный основателем технологии, пишет South China Morning Post (SCMP).
Китайские ученые из Шанхайского университета Цзяо Тун считают, что из-за угрозы, связанной с огромной вычислительной мощностью квантовых компьютеров, необходимо значительно усилить безопасность связи. Для этого они разрабатывают и совершенствуют технологию прямой защищенной квантовой связи (Quantum Secure Direct Communication — QSDC), которая считается перспективной для квантовых коммуникаций в 2025 г.
Технология QSDC позволяет передавать данные напрямую через квантовый канал, обеспечивая высокий уровень безопасности без необходимости обмена ключами, как в традиционных протоколах (например, BB84). Она использует квантовые свойства, такие как запутанность и принцип неопределенности, чтобы защитить информацию от перехвата. Ученые из Китая утверждают, что технология QSDC безопасна и защищена от угроз со стороны квантовых вычислений, позволяя передавать секретные сообщения непосредственно по квантовому каналу через обычные оптоволоконные линии связи. Технология QSDC получила теоретическое обоснование в начале 2000 г., а первый прототип системы был продемонстрирован в 2020 г. в Пекинской академии наук.
Квантовая связь — это совокупность методов для передачи закодированной информации в квантовых состояниях из одной точки в другую. Квантовая связь дает возможность передавать информацию в зашифрованном виде. Главная идея квантовой криптографии заключается в полной зашифрованности сообщений, что делает невозможным ее перехват третьими лицами. Каждое передаваемое сообщение содержит свой уникальный секретный ключ. Причем абсолютная секретность передаваемой информации обеспечивается не вычислительными и техническими возможностями, а законами природы. Сигналы передаются с помощью потока одиночных фотонов. Фотон, по мнению ученых, невозможно разделить, измерить, скопировать или незаметно убрать. Из-за подобных действий фотон просто разрушается и не может дойти до своего получателя. В России в 2016 г. была проложена первая в стране линия квантовой связи, эта линия соединила два филиала ПАО «Газпром нефть» в Москве, а общая протяженность этой квантовой линии связи немного превысила 30 км.
До разработки QSDC основным методом квантовой криптографии оставалось квантовое распределение ключей (QKD), которое на 5 июня 2025 г. является единственным практически реализованным подходом в этой области. В QKD по обычным каналам связи передается только квантовый ключ шифрования, а любая попытка его перехвата выявляет кибератаку. Ключ считается ненадежным, если передача не прошла без признаков вмешательства. Обнаружение перехвата обеспечивается квантовыми эффектами, такими как разрушение квантовых состояний фотонов (эффект наблюдателя), которые кодируют ключ. Существует также возможность квантовой телепортации для безопасной передачи информации, но эта технология еще более сложна и на базовом уровне пока не позволяет передавать информацию в полном смысле этого слова.
Квантовая прямая связь была ранее предложена исследователями из Университета Цинхуа. Она обеспечивает безопасную связь за счет использования квантовых состояний и таких функций, как обнаружение и предотвращение подслушивания, совместимость с существующими сетями, упрощение процессов управления и скрытая передача. Ожидается, что системы QSDC найдут широкое применение в областях с чрезвычайно высокими требованиями к информационной безопасности (ИБ), таких как финансы.
Эксперимент
Экспериментальная сеть QSDC использует лазеры накачки для передачи пар запутанных фотонов между абонентами. Чем больше лазеров накачки, тем больше абонентов можно обслуживать на одной линии. Фотоны передаются по обычным оптическим каналам связи, что позволяет рассчитывать на широкое внедрение QSDC. Для повышения защищенности передачи в канал намеренно добавляется шум, маскирующий полезный сигнал.
В технологии QSDC для сокрытия информации не нужен ключ шифрования, что упрощает создание и эксплуатацию защищенных каналов связи, а также работу с оборудованием. Безопасность обеспечивается фундаментальными законами квантовой механики, включая квантовую запутанность фотонов, и намеренно добавленным шумом в канал.
Новый рекорд
Команда разработала расширяемую, полностью подключаемую сеть QSDC с двойной накачкой, которая эффективно работает в шумной среде. Система достигла стабильной скорости передачи фотонных пар от 300 до 400 Гц, что теоретически позволяет передавать данные со скоростью несколько бит в секунду. Это достижение было получено после того, как в феврале 2025 г. команда из Пекина сообщила о рекорде в тесте квантовой прямой связи через стандартное оптическое волокно с расстоянием передачи 104,8 км.
В феврале 2025 г. одна из команд китайских ученых установила рекорд передачи данных по QSDC: 2,38 КБ/с по стандартному телекоммуникационному оптоволокну длиной 104,8 км. Уже в июне, с использованием двух лазеров накачки и дополнительного уровня шума, дальность связи была утроена и достигла 300 км. Скорость передачи оказалась крайне низкой — всего 104 бит/ч с достоверностью 85%, но технология доказала свою жизнеспособность. Более чувствительные детекторы одиночных фотонов позволят в будущем значительно повысить скорость передачи до практических значений.
Короткая ссылка
