Ученые Центра НТИ "Квантовые коммуникации" НИТУ "МИСиС", МФТИ и РКЦ разработали уникальную архитектуру квантовой сети, которая позволяет на 28% низить стоимость ее развертывания и обслуживания за счет использования оптических переключателей и уменьшения количества устройств квантового распределения ключей.
 |
| Андрей Тайдуганов. |
| Источник: НИТУ «МИСиС» |
Квантовое распределение ключей (КРК) - метод передачи секретного ключа между двумя сторонами, безопасность которого основана на фундаментальных законах квантовой физики. КРК позволяет создать общий случайный ключ, который известен только передающей и принимающей сторонам, и использовать его для шифрования и расшифровывания сообщений. Важным и уникальным свойством квантового распределения ключей является возможность физически обнаружить, по возросшему уровню квантовых ошибок или другим аномалиям, присутствие третьей стороны, пытающейся получить информацию о ключе.
Создание квантовых сетей связано с рядом проблем: высокой стоимостью устройств КРК и необходимостью обеспечения разумных скоростей передачи секретных ключей между общающимися субъектами. Максимальная скорость передачи сигнала зависит от длины линии и параметров КРК-установки. Она будет "разумной", если будет больше или равна скорости расходования ключа потребителем. В противном случае ключ необходимой длины будет не успевать накапливаться, и передача шифрованных данных будет прерываться на "паузу".
Группа ученых НТИ НИТУ "МИСиС", МФТИ и РКЦ предложила решить эти затруднения в развитии сетей КРК за счет использования оптических коммутаторов существующих оптоволоконных сетей, что позволит сократить количество используемых устройств КРК.
Исследователи в своей работе представили архитектуру сети КРК, которая основана на использовании оптических переключателей и сокращении количества передающих и в особенности приемных устройств, в которых используются однофотонные детекторы. Они дали соответствующую модификацию сетевого протокола сети, использовав реалистичную протестированную в лабораторных условиях модель работы протокола. С помощью данной модели был произведен расчет скоростей генерации ключа для каждого участка проектируемой магистральной квантовой сети протяженностью 670 км между Москвой и Удомлей (Тверская область), и проведена оптимизация конфигурации сети для обеспечения ее максимальной производительности. В качестве прототипа была собрана сеть из четырех узлов с одним переключателем и разработан сетевой протокол. Работа этой небольшой сети была протестирована в лабораторных условиях: проведено сравнение полученных экспериментальных результатов с предсказаниями разработанной теоретической модели, которое продемонстрировало ее валидность.
Разработчики исследовали возможные схемы сети с различным размещением устройств и предложили несколько конфигураций, которые обеспечивают снижение затрат на 28% на развертывание и обслуживание всей системы без существенной потери общей скорости передачи информации.
Результаты работы опубликованы в научном журнале Optics Express.
