Toshiba объявляет о прорыве в области квантовой связи на большие расстояния

Кембриджская исследовательская лаборатория Toshiba Europe объявила о первой демонстрации квантовой связи по оптическим волокнам, длина которых превышает 600 км. Этот прорыв позволит обеспечить квантово-безопасную передачу информации на большие расстояния между мегаполисами и станет большим шагом вперед в построении квантового Интернета будущего.

Термин «квантовый Интернет» описывает глобальную сеть квантовых компьютеров, соединенных между собой каналами квантовой связи на большие расстояния. Ожидается, что это обеспечит сверхбыстрое решение сложных проблем оптимизации в облаке, более точную глобальную систему хронометража и высокозащищенную связь по всему миру. Было объявлено о нескольких крупных государственных инициативах по созданию квантового Интернета, например, в США, ЕС и Китае.

Одна из самых сложных технологических проблем при создании квантового Интернета проблема передачи квантовых битов по длинным оптическим волокнам. Небольшие изменения условий окружающей среды, такие как колебания температуры, заставляют волокна расширяться и сжиматься, тем самым скремблируя хрупкие кубиты, которые кодируются как фазовая задержка слабого оптического импульса в волокне.

Toshiba продемонстрировала рекордные расстояния для квантовой связи, представив новую технику «двухдиапазонной» стабилизации. Передается два опорных оптических сигнала на разных длинах волн для минимизации фазовых флуктуаций на длинных волокнах. Первая длина волны используется для подавления быстро меняющихся флуктуаций, в то время как вторая длина волны, на той же длине волны, что и оптические кубиты, используется для точной настройки фазы. После внедрения этих новых методов компания Toshiba обнаружила, что можно поддерживать постоянную оптическую фазу квантового сигнала с точностью до десятых долей даже после прохождения через 100 км волокна. Без подавления этих колебаний в реальном времени волокно будет расширяться и сжиматься при изменении температуры, искажая квантовую информацию.

Первым применением двухдиапазонной стабилизации будет квантовое распределение ключей на большие расстояния (QKD). Коммерческие системы QKD ограничены длиной около 100-200 км волокна. В 2018 году Toshiba предложила протокол Twin Field QKD как способ увеличения расстояния и проверила его устойчивость к оптическим потерям с использованием коротких волокон и аттенюаторов. Внедряя технику двухдиапазонной стабилизации, Toshiba реализовала QKD двойного поля на длинных волокнах и впервые продемонстрировала QKD на расстоянии более 600 км.

"Это очень впечатляющий результат, комментирует Мирко Питталуга (Mirko Pittaluga), автор статьи с описанием результатов. Благодаря новым методам, которые мы разработали, дальнейшее увеличение расстояния связи для QKD все еще возможно и наши решения также могут быть применены к другим протоколам и приложениям квантовой связи".

Эндрю Шилдс (Andrew Shields), руководитель отдела квантовых технологий в Toshiba Europe, отметил: "В последние годы QKD использовался для защиты городских сетей. Это последнее достижение увеличивает максимальную протяженность квантового канала, чтобы можно было соединять города в разных странах и континенты, без использования доверенных промежуточных узлов. Реализованный вместе с Satellite QKD позволит нам построить глобальную сеть для квантовой защищенной связи".

Таро Шимада (Taro Shimada), старший вице-президент и директор по цифровым технологиям корпорации Toshiba, добавил: "Благодаря этому успеху в квантовых технологиях Toshiba намерена и дальше расширять свой квантовый бизнес быстрыми темпами. Наше видение платформа для услуг квантовых информационных технологий, которая будет не только обеспечивать безопасную связь в глобальном масштабе, но также и трансформирующие технологии, такие как облачные квантовые вычисления и распределенное квантовое зондирование".

В настоящее время команда продолжает разрабатывать предлагаемые решения, чтобы упростить их дальнейшее внедрение и развертывание.

Эта последняя разработка последовала за объявлением в прошлом году о том, что BT и Toshiba установили первую в Великобритании промышленную квантово-безопасную сеть. Речь о передачи данных между Национальным центром композитов (NCC) и Центром моделирования и симуляции (CFMS). Совместимость с мультиплексированием Toshiba позволяет передавать данные и квантовые ключи по одному оптоволокну, устраняя необходимость в дорогостоящей специализированной инфраструктуре для распределения ключей. Комбинированное внедрение мультиплексированного QKD с использованием существующей инфраструктуры для более коротких расстояний, наряду с Twin Field QKD для более длинных расстояний, прокладывает путь для коммерчески жизнеспособной глобальной квантовой защищенной сети.

QKD позволяет пользователям безопасно обмениваться конфиденциальной информацией (такой как банковские выписки, медицинские записи, частные звонки), нежели через ненадежный канал связи, например, Интернет. Это достигается путем распространения среди предполагаемых пользователей общего секретного ключа, который можно использовать для шифрования и, таким образом, защиты информации, передаваемой по каналу связи. Безопасность секретного ключа основывается на фундаментальных свойствах отдельных квантовых систем (фотонов, частиц света), которые кодируются и передаются для генерации ключа. В случае, если эти фотоны перехватываются неназначенным пользователем, квантовая физика гарантирует, что предполагаемые пользователи могут обнаружить подслушивание и, следовательно, защищать связь.

В отличие от других существующих решений безопасности, безопасность квантовой криптографии проистекает непосредственно из законов физики, которые мы используем для описания мира вокруг нас. По этой причине квантовая криптография защищена от любых будущих достижений в математике и вычислительной технике, включая появление квантовых компьютеров. В свете этого ожидается, что QKD станет мощным инструментом для защиты критически важных коммуникаций для предприятий и государств.

10.06.2021

Toshiba объявляет о прорыве в области квантовой связи на большие расстояния

По материалам EurekAlert

Заявка на звонок

В форме есть ошибки

Мы перезвоним Вам с 9:00 до 18:00 по Москве

Исправление ошибки

Спасибо за помощь в контроле качества нашего ресурса!