Квантовая связь — коммуникация будущего

Квантовая связь — коммуникация будущего

Один из основных вариантов ожидающей нас эволюции связи основан на использовании квантовых эффектов. Эта технология не исключает, но может дополнить традиционные виды связи, хотя, как показывает история, разные поколения стандартов связи сменяют друг друга очень быстро, оставляя некоторые из них в прошлом.

Телеграф «убил» голубиную почту. Радио вытеснило проводной телеграф. И хотя само радио никуда не исчезло, появились другие технологии передачи данных – проводные и беспроводные.

Нынешнее молодое поколение вряд ли знает о пейджерах, и если какое-то десятилетие назад мобильный интернет с 3G был роскошью, то теперь уже и 5G стал доступной реальностью.

Ведущие мобильные операторы КНР начали предоставлять населению услуги пятого поколения связи с конца октября 2019 года. По данным Китайской академии информационных и коммуникационных технологий, объем поставок мобильных телефонов с технологией связи 5G в Китае в 2020 году составил 163 млн. единиц, что почти в 12 раз превысило показатель 2019 года.

По мнению китайских специалистов, полный переход со смартфонов с 4G на 5G их стране займет от трех до четырех лет. Вполне возможно, что в скором будущем нам понадобятся принципиально новые технологии, которые будут превосходить современные не меньше, чем радиотелеграф — голубей.

Сегодня во всем мире большое внимание уделяется квантовой связи как одному из самых перспективных направлений развития глобальных коммуникаций. Преимущество квантовой сети связи по сравнению с обычной сетью передачи данных заключается в ее защищенности . Это связано с запутанностью фотонов, которая представляет собой своеобразное явление в квантовой механике. Создание защищенной сети передачи информации станет ответом на один из самых острых глобальных вызовов, связанных с кибербезопасностью.

Первый протокол квантовой криптографии (распределения ключей шифрования) появился в 1984 году, и тогда считалось, что с ее помощью можно передавать информацию таким образом, что ее нельзя перехватить ни при каких обстоятельствах. Потом было доказано, что абсолютно надежных систем не существует. Тем не менее, работы по созданию множества как экспериментальных, так и коммерческих систем, основанных на явлениях квантового мира, продолжались во многих странах.

Впервые в мире телепортация фотона состоялась в 1997 году. При квантовой телепортации никакого материального переноса объекта из пункта А в пункт Б не происходит — происходит передача «информации», а не вещества или энергии. Телепортация используется для квантовых коммуникаций, например, для передачи секретной информации. При этом, речь идет не об информации в привычном нам виде.

По квантовым линиям связи передаются только ключи шифрования, а не гигабайты привычного трафика. Упрощая модель квантовой телепортации, можно сказать, что она позволит генерировать последовательность случайных чисел на обоих концах канала, то есть мы сможем создать шифроблокнот, который нельзя перехватить. В обозримом будущем это пока единственное, что можно сделать с помощью квантовой телепортации.

Вначале телепортация по оптоволоконным сетям была возможна только на короткие расстояния, но спустя два десятилетия ситуация существенно изменилась. Например, в рамках Европейской программы в области квантовой криптографии был достигнут рекорд в 144 километра. Важной вехой в создании квантовой связи и преодолении ее уязвимостей стал запуск Китаем спутника QUESS (Quantum Experiments at Space Scale) с целью реализовать схемы квантового распределения ключа на расстоянии более 7000 километров.

С учетом темпов создания проектов в области квантовых вычислений и передачи данных, технология квантовой коммуникации окончательно выходит из лабораторий и, по мнению специалистов, станет такой же привычной, как мобильная связь. Это подтверждают появившиеся недавно сообщения о создании Китаем первой в мире безопасной и стабильной сети связи при помощи квантовой криптографии.

В состав уникальной сети квантовой связи входят спутник QUESS или «Мо-цзы», две наземные станции и более 700 оптоволоконных линий. На настоящий момент услуги передачи данных по этой сети, охватывающей города Пекин, Цзинань, Хэфэй и Шанхай, доступны для более 150 организаций. Протяженность линии Пекин-Цзинань-Хэфэй-Шанхай превышает 2000 км. При этом расстояние между двумя наземными станциями, расположенными в Пекине и Синьцзян-Уйгурском автономном районе, составляет более 2600 км. Таким образом, общая протяженность всей сети составляет 4600 км.

Распределение ключа при помощи запутанных частиц — фотонов положило начало эре квантовой связи. Ученые считают, что квантовая связь найдет широкое применение в сфере финансов, политики, национальной обороны и т.д.

Вполне возможно, что в будущем будет создана глобальная квантовая сеть путем подключения большего числа сетей из разных стран мира при помощи наземной инфраструктуры или спутниковой связи. Десятки таких спутников смогли бы стать основой не только нового квантового интернета на Земле, но и квантовой связи в космосе: для будущих поселений на Луне и Марсе и для дальней космической связи со спутниками, направляющимися за пределы Солнечной системы.

Огульгозель РЕДЖЕПОВА

2+