Представители университета МИСИС сообщили, что российские учёные разработали математическую модель для быстрой оценки эффективности спутниковой квантовой связи. Авторы модели утверждают, что она упрощает и ускоряет практическое моделирование квантового канала связи. Группа учёных, включающая специалистов МИСИС, МФТИ и Российский квантовый центр, работала над проектом. Несмотря на то, что Россия не имеет своего спутника квантовой связи, эксперты создали модель на основе китайского спутника «Мо-Цзы», который был запущен на орбиту более семи лет назад. Математическая модель является полуэмпирической и предназначена для квантового распределения ключей (КРК) со спутника «Мо-Цзы» на наземную станцию, созданную в России. Она позволяет быстро оценивать эффективность наземных станций, которые будут использоваться для квантового распределения ключей, а также для анализа группировки спутников. Это практический метод оценки эффективности наземных станций, который, по мнению учёных, является одним из ключевых элементов будущих квантовых сетей. Использование технологии КРК позволяет создавать невзламываемые каналы связи, обеспечивая безопасность передачи данных и переговоров в соответствии с законами квантовой физики.
Таким образом, созданная модель является важным шагом в развитии квантовых технологий в России. Это позволит ускорить и упростить разработку и анализ группировки спутников, необходимых для создания надёжных квантовых сетей. Кроме того, использование данной модели позволит быстро оценить эффективность уже существующих наземных станций и оптимизировать работу квантовых систем связи. Как сообщили CNews в МИСИСе, математическая модель оптимизации квантовой сети связана с технологией квантового распределения ключей, что представляет собой большой прорыв в обеспечении безопасности передаваемой информации. Обычная криптография с открытым ключом шифрования основана на сложности вычислений определённых математических функций и подвержена взлому. В отличие от неё, технология квантового распределения ключей (КРК) обеспечивает 100% защиту от взлома при помощи существующих и будущих технологий. Поддерживающие эту технологию утверждают, что даже квантовые компьютеры не смогут раскрыть шифр, после того как он пройдёт процедуру квантового распределения ключей.
Алгоритм КРК обеспечивает защиту от взлома благодаря принципу двойного ключа. Для «источника» и «приёмника» информации создаются два произвольных ключа, которые затем используются для дешифровки. При использовании КРК, фотоны передаются по оптоволокну или в свободном атмосферном пространстве. Если кто-то попытается получить доступ к информации в сети без ключа, данные искажаются, поскольку измерение квантового состояния фотона невозможно без изменений. Таким образом, попытка перехвата передачи информации приведёт к искажению данных и возможности выявления попытки с высокой точностью. КРК может быть использован как по оптоволокну, так и по воздуху, что позволяет не ограничиваться в дальности действия защищённого спутникового соединения. Это делает технологию квантового распределения ключей весьма перспективной в плане обеспечения безопасности в будущем. Спутниковая квантовая связь имеет много преимуществ, но также существует некоторые недостатки, особенно при использовании низкоорбитальных космических аппаратов. Одним из недостатков является то, что они быстро выходят из зоны прямой видимости, что затрудняет передачу данных. Другим недостатком являются погодные условия, такие как наличие тумана, которые могут существенно влиять на качество связи. Однако российские учёные разработали матмодель, которая позволяет быстро анализировать канал связи между спутником и наземной станцией. Эта модель основана на коэффициентах атмосферного затухания, которые были получены экспериментально как для ясных, так и для туманных погодных условий при помощи разработанной наземной станции.
Коэффициент атмосферного затухания был получен на основе измерений интенсивности излучения звёзд на длине волны 850 нм. Все замеры были проведены с использованием специально разработанной наземной станцией на базе телескопа 600 мм в режиме счета фотонов. С помощью этой модели была смоделирована скорость генерации секретного ключа, получаемого в ходе сеанса КРК со спутником «Мо-Цзы», для реальных наземных станций на базе телескопов с апертурой 300 мм и 600 мм. Российские учёные работают над возможностью глобального распределения квантового ключа по всей поверхности земного шара с помощью спутников с оптическими квантовыми каналами связи. Они уже разработали наземные приёмные станции для этого вида коммуникаций и работают над созданием спутников с квантовой линией связи. Для создания таких спутников очень важно правильно рассчитывать параметры спутника, приёмной наземной станции и скорости передачи данных, и предложенная модель квантового канала связи поможет предсказать скорость распределения ключа.
В России огромное внимание уделяется развитию технологии квантового распределения ключей. Эта технология используется в линии квантовой связи протяжённостью 700 км, которую построила РЖД, и которая начала работать в летом 2021 года. Сеть построена на базе собственных оптоволоконных линий РЖД, и к 2024 году компания планирует увеличить её протяжённость до 7000 км. В октябре 2021 года специалисты университетов МИСИС и МТУСИ разработали первую в России открытую квантовую сеть. Эта сеть имеет возможность масштабироваться, что позволяет подключать к ней новых участников. Она бесплатно доступна для использования не только государственным учреждениям и компаниям-партнёрам, но и учёным для проведения исследований в области квантовых коммуникаций, а также для студентов. Эти достижения свидетельствуют о том, что Россия является одним из лидеров в развитии квантовых технологий. Квантовая связь, использующая принципы квантовой механики, позволяет обеспечить абсолютную безопасность передачи данных, что делает её невозможной для взлома. Развитие квантовых технологий открывает новые возможности для улучшения качества связи, защиты коммерческой и государственной информации, а также для развития научных исследований в области квантовой физики и информатики.
