Китайские ученые создали первую в мире интегрированную квантовую коммуникационную сеть, объединяющую более 700 оптических волокон на земле с двумя линиями связи "Земля-спутник" для достижения распределения квантовых ключей на общем расстоянии 4600 километров для пользователей по всей стране. Команда, возглавляемая Цзяньвэем Пэном, ЮАО Чэнем и Чэнчжи Пэном из Университета науки и техники Китая в Хэфэе, сообщила в Nature о своих последних достижениях в области глобального практического применения такой сети для будущих коммуникаций.

В отличие от обычного шифрования, квантовая связь считается не поддающейся взлому и, следовательно, будущим безопасной передачи информации для банков, электросетей и других секторов. Ядром квантовой связи является квантовое распределение ключей (QKD), которое использует квантовые состояния частиц—например, фотонов—для формирования цепочки нулей и единиц, в то время как любое подслушивание между отправителем и получателем изменит эту строку или ключ и будет немедленно замечено. До сих пор наиболее распространенная технология QKD использует оптические волокна для передачи на расстояние более нескольких сотен километров, с высокой стабильностью, но значительными потерями канала. Другая крупная технология QKD использует свободное пространство между спутниками и наземными станциями для передачи данных на уровне тысячи километров. В 2016 году Китай запустил первый в мире квантовый спутник связи (QUESS, или Mozi / Micius) и достиг QKD с двумя наземными станциями, расположенными на расстоянии 2600 км друг от друга. В 2017 году между Пекином и Шанхаем была построена волоконно-оптическая сеть протяженностью более 2000 км для QKD.

Используя надежные ретрансляторы, наземная волоконная сеть и каналы спутниковой связи были интегрированы для обслуживания более 150 промышленных пользователей по всему Китаю, включая государственные и местные банки, муниципальные электросети и веб-сайты электронного правительства. "Наша работа показывает, что квантовая коммуникационная технология достаточно зрела для крупномасштабного практического применения", - сказал Цзяньвэй пан, профессор USTC. Точно так же глобальная квантовая коммуникационная сеть может быть создана, если объединить национальные квантовые сети из разных стран, а также если университеты, институты и компании объединятся для стандартизации соответствующих протоколов, оборудования и т. д.

В последние пару лет команда активно тестировала и улучшала производительность различных частей интегрированной сети. Например, с увеличенной тактовой частотой и более эффективным протоколом QKD QKD спутник-земля теперь имеет среднюю скорость генерации ключей 47,8 килобит в секунду, что в 40 раз выше предыдущей скорости. Исследователи также подняли рекорд для наземного QKD до более чем 500 км, используя новую технологию под названием twin-field QKD (TF-QKD).

Далее команда продолжит расширять сеть в Китае и со своими международными партнерами из Австрии, Италии, России и Канады. Они также нацелены на разработку маломасштабных, экономически эффективных спутников QKD и наземных приемников, а также спутников средней и высокой околоземной орбиты для достижения рекордного уровня QKD в десять тысяч километров.

ИСТОЧНИК