В России создали нейросеть для стабилизации каналов квантовой связи

Ключевая уязвимость

Многие специалисты признают, что будущее связи лежит в развитии квантовых технологий. Они не только обеспечивают высокую скорость передачи данных, но и выводят защиту информации на совершенно новый уровень. На текущем уровне развития взлом квантовой сети считается совершенно невозможным. Однако у технологии есть одна серьезная уязвимость – очень высокая чувствительность к помехам и ошибкам.

Тут необходимо вкратце напомнить основные принципы работы квантовой связи. Вся информация передается с помощью фотонов света. Шифрование осуществляется с помощью определенного набора битов, которые «знают» только устройства собеседников. При попытке стороннего вмешательства сразу возникают перебои, так как подобные действия искажают порядок передачи информации.

«Несмотря на огромный потенциал, эта технология на данный момент несовершенна и во время передачи данных возникают ошибки: это может случаться из-за перегрева оборудования, свойств и качества оптоволоконной среды, шума детекторов. Из-за ошибок меняется уникальный криптографический ключ, который закреплён за каждым сообщением. Меняется сам, без всякого стороннего вмешательства», - рассказывает преподаватель Политехнического колледжа Новгородского государственного университета Владимир Попов.

Нейросеть устранит все ошибки

Однако специалисты нашли выход из ситуации. Владимир Попов вместе со своей коллегой Екатериной Серых создал специальную нейросетевую модель, которая исправляет ошибки в работе квантовых систем шифрования. Система в автоматическом режиме анализирует состояние передающего и принимающего оборудования. В случае возникновения ошибок сразу подбираются оптимальные параметры для внесения корректировок.

Антон Гугля - генеральный директор компании QApp«Текущие алгоритмы, такие как цифровые подписи, уже сегодня уязвимы к квантовой угрозе, а к 2030 году квантовая угроза станет более актуальной. В России ведутся научно-исследовательские и пилотные проекты в основном в финансовом секторе и телекоме, тестируются отечественные постквантовые алгоритмы-кандидаты на включение в новые государственные стандарты».

«В квантовых сетях работают два канала — открытый и квантовый, — пояснил Владимир Попов. — По квантовому передаётся непосредственная секретная информация, но для его работы нельзя обойтись без открытого. Это связано с тем, что квантовый канал не даёт сравнивать данные и согласовывать параметры их передачи, позволяя только их передавать.

В этом квантовом канале уровень ошибок постоянно «плавает», и чтобы исправлять их надежно и при этом не раскрывать лишнюю служебную информацию в открытом канале, параметры кода программы нужно подстраивать для каждого кадра — пакета или блока данных, состоящих из определённого числа фотонов, переданных подряд в квантовом канале, — это напоминает аналог «кадра» в видеопотоке или «пакета» в обычной сети. Наша нейросетевая модель помогает автоматически определять параметры для следующих кадров, что позволяет уменьшить работу декодеров сети и увеличить длину секретного ключа».

Надежнее и безопаснее

Простыми словами, решение новгородских ученых позволяет создавать более длинные и надежные шифровальные ключи, а также отличать естественные помехи от злонамеренного постороннего вмешательства. Это крайне важно для основных пользователей квантовой связи – государственных учреждений, банков, крупных компаний, научных центров и других. Однако при условии значительного удешевления квантовой связи со временем возможен и ее вывод на гражданский рынок.

Новая разработка появилась крайне своевременно с учетом того факта, что в последние годы развитию квантовой связи в России уделяется самое пристальное внимание.

Период бурного роста

Только в 2022 году рынок квантовых коммуникаций в стране вырос в 10 раз, несмотря на сложности, связанные с уходом зарубежных компаний. В следующем году специалисты МТУ представили систему беспроводной квантовой связи, созданную исключительно из российских комплектующих. В 2025 году была создана специальная «дорожная карта» развития данного направления коммуникации до 2030 года. В частности, она предусматривает осуществление сеансов связи и с помощью спутников.

Понятно, что пока о широком применении разработки новгородских ученых речи не идет. Решение опробовано в условиях лаборатории и нуждается в дальнейших доработках. Тем не менее, в случае успеха всех испытаний у России появится новый продукт, которых укрепит ее позиции как надежного поставщика услуг квантовой связи. Проектами могут заинтересоваться партнеры из стран СНГ и БРИКС.