Квантовая криптография: принципиально новый вид связи с высокоуровневой защитой обмена данными

Исследователи из Санкт-Петербургского университета Информационных технологий, механики и оптики (ИТМО) создали систему квантовой связи для защищенной передачи данных на основе принципиально нового подхода. Система позволит передавать данные на расстояния более 250 километров, что не уступает самым современным зарубежным устройствам. Результаты исследования опубликованы в журнале Optics Express.

На сегодняшний день разработано большое число криптографических методов защиты информации. Однако традиционные шифры, основанные на математических методах, могут быть взломаны с использованием современных компьютерных технологий. Это лишь вопрос времени. На помощь может прийти квантовая криптография, обеспечивающая полную секретность передачи информации благодаря законам физики. Информация в квантовых системах связи передается одиночными фотонами, которые нельзя незаметно «похитить» или скопировать, поскольку любое воздействие на фотон изменяет его. 

Проблема разработчиков квантовой связи заключается в эффективной и надежной передаче фотона по оптоволоконной линии, так как по дороге на него может воздействовать множество факторов, которые приведут к его разрушению. Причем, чем длиннее линия связи, тем больше вероятность «поломки» фотона».

Исследователи из университета ИТМО создали систему квантовой связи на основе кодирования квантовой информации на так называемых боковых частотах. Квантовая информация передается отстройкой дополнительных частот в спектре относительно центральной частоты. В линии связи могут существовать помехи, которые изменяют параметры передаваемых сигналов и приводят к ошибкам при приеме информации. При передаче информации сигналом только одной частоты невозможно узнать, связано ли его изменение с кодированием, осуществленным отправителем, или со случайной помехой на линии. Это не позволяет обнаружить ошибку. В новом методе все частоты спектра передаются единым импульсом, и при наличии помехи на линии связи все они изменятся синхронно, сохранив сдвиг, кодирующий информацию.

Руководитель Лаборатории квантовой информатики Артур Глейм рассказывает:

«Для рассылки квантовых бит мы используем так называемые боковые частоты. Такой подход дает нам ряд существенных преимуществ. В частности, это ведет к существенному упрощению конструкции устройства, высокой устойчивости к внешним воздействиям и большой пропускной способности квантового канала связи. По скорости и дальности передачи информации наша система сопоставима с абсолютными рекордами в области квантовой коммуникации».

.

Данный метод способен обеспечить передачу в одном оптоволоконном кабеле большого числа потоков данных на разных частотах. Более того, такие потоки могут подаваться на существующие линии связи одновременно с традиционными сигналами. В дальнейшем разработчики собираются создать полноценную квантово-криптографическую систему связи и подготовить стандарты, которые позволят осуществить её внедрение.

Учёные Сиднейского университета видят в применении квантовой фотоники для передачи информации большое будущее. По их мнению, она способна защитить интернет от кибератак. Ученые уже давно рассматривают фотонику как будущее кибербезопасности, однако до недавнего времени проблема заключалась в невозможности создавать отдельные фотоны. Теперь все может измениться, поскольку эксперты Сиднейского университета нашли способ генерирования отдельных фотонов. Согласно публикации ученых Стэнфордского университета за 2000 год, отправка сообщений с помощью отдельного фотона позволит фиксировать попытки их перехвата. Профессор Стэнфордского университета У. И. Моэрнер поясняет:

«Когда в импульсе присутствует только один фотон, вы всегда будете знать, что кто-то проник в систему, поскольку получатель на другой стороне сможет сообщить о перехвате данных».

.

Поскольку фотоны всегда генерируются попарно, до недавнего времени создать подобную защищенную систему связи было невозможно. Согласно заявлению профессора Сиднейского университета Чунле Сьона (Chunle Xiong), его команде исследователей удалось получить одиночные фотоны «по требованию»:

«Как показало исследование, шансы сгенерировать один фотон могут удвоиться с помощью относительно простой техники. Данный метод может быть усовершенствован, и в конечном счете позволит генерировать одиночные фотоны с вероятностью 100%».

.

Фотоника – дисциплина, занимающаяся фундаментальными и прикладными аспектами работы с оптическими сигналами. является аналогом электроники, использующим вместо электронов кванты электромагнитного поля – фотоны. И, как видим, исследования как зарубежных, так и отечественных учёных движутся в этой области примерно в одном направлении. К тому же, в последнее время вопрос безопасности передачи данных становится одним из самых главных, следовательно он может стать той движущей силой, которая подхлестнёт энтузиазм учёных-апологетов квантовой передачи информации.

Читайте также:
Криптографические и защищенные сервисы испытывают мощный приток абонентов
Миллиард пользователей WhatsApp теперь нельзя ни прослушать, ни взломать
Apple идёт на принцип, а Google и Microsoft создают «непрослушиваемый» email

_____