29 сентября президенты Австрийской и Китайской академии наук провели первый сеанс трансконтинентальной связи, ключ шифрования для которой был распределен с помощью методов квантовой криптографии. Эксперимент установил новый рекорд дальности квантовой связи — свыше 7400 километров, что соответствует расстоянию между Веной и Пекином.
Ключевым инструментом на этом пути стал спутник «Мо Цзы» (Micius, QUESS), который прославился первой успешной телепортацией квантового состояния частиц на орбиту Земли. По информации пресс-службы Китайской академии наук, аналогичные сеансы связи в будущем планируются между Китаем и Россией, Германией, Италией, а также Сингапуром.
Квантовое распределение ключа — это особый способ генерации секретного ключа между отправителем и получателем информации, который делает перехват данных невозможным на уровне квантовой механики. Он основан на создании одиночных фотонов в случайном состоянии, кодирующих либо ноль, либо единицу в случайно выбранном методе измерения.
Например, вертикальная и горизонтальная поляризация могут кодировать «ноль» и «единицу» в одной системе измерений, а две диагональные поляризации — в другой. Получатель в данном случае случайным образом выбирает способ измерения состояния фотона. На заключительном этапе участники обмениваются выбранными параметрами и, если они совпадают, биты фиксируются в секретном ключе шифрования.
Любая попытка третьей стороны подслушать поляризацию фотона приведет к необратимому изменению его состояния, что будет отражено в ошибках при частичной сверке ключа. В результате «подслушанный» ключ будет отвергнут.
В условиях наземной передачи квантовое распределение ключа ограничено потерями одиночных фотонов в среде — например, в оптоволокне, что сжимает дистанцию передачи до ста километров. Однако это расстояние можно увеличить, используя космическое пространство, как показали первые эксперименты с китайским спутником «Мо Цзы», где одиночные фотоны передавались на расстояния до 1200 километров.
Новый эксперимент состоял из нескольких этапов: сначала квантовые методы использовались для генерации секретного ключа между спутником и обсерваторией неподалеку от Вены, затем создавался другой ключ между спутником и Пекином. В финале оба ключа объединялись на «Мо Цзы» и распределялись между городами. Технические детали, такие как длина ключей и скорость генерации, не разглашаются.
Эти ключи были использованы для шифрования видеосеанса между Бай Чуньли, президентом Китайской академии наук, и Антоном Цайлингером, президентом Австрийской академии наук. Также существует альтернативный подход к квантовому распределению ключа, который не требует спутников — это использование доверенных промежуточных узлов. Так была построена линия связи между Пекином и Шанхаем протяженностью 2000 километров, на которой действует 32 промежуточных узла.
Городские квантовые сети уже существуют в десятке стран, включая Россию — в городах Москве, Казани и Санкт-Петербурге. Недавно на базе московской квантовой сети ученым удалось создать квантовый блокчейн.
Владимир Королёв