В России протестировали новые алгоритмы синхронизации для систем оптической связи с квантовым распределением ключей

2023: Тестирование алгоритмов синхронизации для систем оптической связи с квантовым распределением ключей

Ученые и инженеры АО «Мостком», МТУСИ и КуРэйт объединили усилия по разработке оптимальной концепции системы квантовой связи в атмосфере и космосе, в основе которой заложен модульный подход, что позволяет с минимальными издержками предложить на рынок конкурентное решение для реализации высокоскоростной защищенной связи в атмосфере. Об этом МТУСИ сообщил 1 августа 2023 года.

В МТУСИ был создан научный стенд по исследованию квантовой связи в атмосфере, в котором задействовано серийное оборудование российских фирм, производящих блоки квантовой связи и терминалы атмосферной оптической связи. Предварительные исследования, выполненные на этом стенде, выявили необходимость определенной доработки серийного оборудования, как терминалов оптической связи, так и модернизации алгоритмов синхронизации и автоматической подстройки в блоках квантовой связи, используемых в коммерческих блоках фирмы КуРэйт.

Разработка более эффективных и универсальных алгоритмов синхронизации для коммерческих установок квантового распределения ключей потребовало большего времени. В результате теоретических исследований новые, более эффективные алгоритмы синхронизации и интеллектуальной настройки были реализованы группой инженеров КуРэйт в программном обеспечении для блоков квантовой связи. Целью экспериментов в МТУСИ, проведенных на стенде для исследования квантовой связи в свободном пространстве, являлось тестирование этих алгоритмов.

Результаты исследований, полученные на атмосферной трассе протяженностью 180 м при дополнительном подключении нескольких сегментов оптического кабеля, показали, что алгоритм синхронизации обеспечивает стабильную работу блоков квантовой связи даже в условиях сильно изменчивой погоды (эксперименты проводились в условиях слабого дождя) и порывов ветра. Кроме системы синхронизации была проверена работа детекторов одиночных фотонов производства КуРэйт, которые также работали в штатном режиме при подключении блоков квантовой связи к терминалам атмосферной оптической связи.

Таким образом, после установки алгоритмов на коммерческие блоки квантовой связи производства КуРэйт, последние могут передавать квантовый ключ не только по ВОЛС, но и через сегменты атмосферной оптической связи, реализованные с использованием терминалов АО «Мостком». Прямые эксперименты по реализации полноценной атмосферной связи, защищённой по технологии КРК с использованием серийного оборудования исключительно российского производства запланированы в ближайшие месяцы.

По мнению заведующего кафедрой «Направляющие телекоммуникационные среды» (НТС) МТУСИ Олега Колесникова, «проводимые исследования позволяют привлекать студентов бакалавриата и магистратуры к научно-исследовательской работе на новейшем оборудовании российских компаний, что создает сильный кадровый фундамент в отрасли квантовых коммуникаций».

Особенность стенда МТУСИ, на котором были выполнены эти исследования, заключается в том, что в нем кроме сегмента атмосферной связи, предусмотрена возможность дополнительного подключения сегментов различных проводных каналов связи, в том числе и многосердцевинного волокна. При проведении экспериментов на этом стенде студенты активно вовлекаются в исследовательский процесс, что позволяет им получить особые компетенции и наметить перспективные траектории для дальнейшего развития, отметил профессор кафедры НТС, д.ф.-м.н. Сергей Казанцев.

Последняя серия экспериментов на стенде МТУСИ с использованием промышленной установки КРК компании КуРэйт продемонстрировала верность модульного подхода к созданию беспроводных систем КРК. Следующий этап экспериментов позволит перейти к планированию создания промышленных установок атмосферных КРК, которые уже сейчас необходимы в различных информационных системах, требующих высокой степени защиты каналов связи, рассказал директор по ИТ АО «Мостком» Сергей Кузнецов.

2021: Испытание беспроводной квантовой криптографии

22 февраля 2022 года компания QRate (КуРэйт) сообщила о том, что совместно с группой исследователей из МТУСИ и «Мостком» провела эксперимент по беспроводной передаче квантового ключа в открытом пространстве на 180 и 3100 метров. Ученым удалось совместить оборудование квантовой защиты информации с технологией лазерной передачи данных и оценить влияние погодных условий на качество их синхронизации.

В ходе эксперимента на крыше зданий МТУСИ были установлены и направлены друг на друга терминалы атмосферной оптической связи «Мостком», предназначенные для обмена данными при помощи лазерного луча. Специалисты подключили к этой системе промышленную установку QRate, чтобы исследовать перспективы распределения квантовых ключей по атмосферным каналам связи. На протяжении недели команда проводила работы с оборудованием в городских условиях эксплуатации: при воздействии водяного пара, дождя, снега, тумана, смога, солнечного и искусственного освещения.Бизнес уходит в облако: стратегии и подходы

До конца 2022 года ученые планируют организовать еще одно испытание, результаты которого помогут доработать технологию до стадии коммерческого использования. Это позволит совершать защищенный обмен любыми данными — текстовыми, графическими, звуковыми — в условиях, где проведение оптоволоконного кабеля невозможно или коммерчески невыгодно: например, между высотными зданиями или мобильными объектами, через водные преграды.

В перспективе разработки будут применимы в реализации программ «умного города» и создании беспилотного транспорта. Они также помогут решить проблемы «последней мили» и ограниченного объема радиочастотного спектра в телекоммуникационном бизнесе, военной отрасли и госсекторе.

В рамках этого сотрудничества мы продемонстрировали совместимость оборудования QRate с системами атмосферной оптической связи «Мостком» в реальных условиях эксплуатации для передачи квантовых ключей. Второй эксперимент в серии испытаний направлен на выработку рекомендаций по модернизации систем, реализовав которые мы сможем довести до коммерческого внедрения атмосферные квантовые линии. Мы стремимся к тому, чтобы квантово-защищенная передача данных стала доступна большему количеству коммерческих и государственных компаний, реализующих программу «умный город», — сказал Андрей Дремлюга, директор по стратегии компании QRate.

Когда появление квантовых компьютеров стало реальностью, проблема безопасной передачи криптографических ключей по волоконно-оптическим линиям связи успешно решается за счет использования технологии квантового распределения ключей. Ряд компаний предлагает коммерческие модели, реализующие эту технологию для волоконно-оптических линий связи. В случае с задачей квантового распределения ключа в свободном пространстве достижения значительно скромнее, и коммерчески доступные решения отсутствуют, фактически в научной литературе описываются лишь лабораторные макеты установок. Поэтому в МТУСИ развернута планомерная работа по поиску эффективных решений проблемы квантового распределения ключа в открытом пространстве. С этой целью университет активно взаимодействует с коммерческими компаниями — лидерами в области квантовой и оптической связи, — отметил Сергей Ерохин, ректор МТУСИ.

Мы считаем, что развитие технологий, связанных с квантовой криптографией, максимально положительным образом скажется на повседневной жизни граждан, — подчеркнул Борис Огнев, директор по развитию АО «Мостком» — В первую очередь, это конечно, повысит безопасность систем критической инфраструктуры «умных городов». Люди будут чувствовать себя в безопасности, зная, что злоумышленник не сможет вторгнуться, к примеру, в серверы теплосетей и оставить без отопления спальный район зимой, или взломать диспетчерские системы служб доставки, отправив беспилотники «Почты России» в свободный полёт. Справедливо будет упомянуть в этом контексте и работу беспилотных автомобилей, которые связываются с базовыми станциями по воздуху и сами по себе являются транспортом повышенной опасности.

В августе 2021 года исследователи провели первый эксперимент по совместимости оборудования квантовой криптографии и технологии лазерной передачи данных. Тогда в лабораторных условиях ученые протестировали возможность передачи квантовых ключей по атмосферному каналу на расстояние 10 метров.