Toshiba готовится построить сверхдлинную квантовую сеть, которую невозможно взломать
Кембриджская исследовательская лаборатория Toshiba Europe (The Cambridge Research Laboratory of Toshiba Europe) обнародовала информацию об успешно проведенной демонстрации квантовой связи. Впервые в мире информация по оптическим волокнам была передана на рекордное расстояние (более 600 км). Как полагают эксперты, этот научный прорыв может стать предвестником создания квантовой сети Интернет со сверхбыстрой передачей информации, практически полностью защищенной от взлома.
Под термином «Квантовый Интернет» подразумевается глобальная сеть компьютеров, соединенных квантовыми каналами связи, пишут эксперты Toshiba Europe. Ожидается, что построение такой сети позволит решать очень важные и сложные задачи, от создания высокозащищенной связи по всему миру до моделирования новых материалов и соединений, и делать это в сверхсжатые сроки.
Неудивительно, что во всем мире интерес к этой области чрезвычайно высок. О масштабных инициативах по созданию квантового Интернета, финансируемых как правительством, так и частными компаниями, объявили США, Китай, Австралия, Великобритания, Евросоюз и Россия. Например, в 2017 г. European Commission (Европейская комиссия) объявила о намерении провести исследования в этой области, инвестировав в них сумму 1 млрд евро.
Наиболее сложной задачей при создании квантовой Сети специалисты называют проблему передачи информации (кубитов) по длинным оптическим линиям. Фазовую задержку импульса в оптическом волокне могут вызвать такие изменения условий окружающей среды, как колебания температуры, заставляющие оптоволокно сжиматься или расширяться, искажая квантовую информацию.
Похоже, что ученым Cambridge Research Laboratory of Toshiba Europe, специализирующейся на исследованиях в области компьютерного зрения, речи и квантовых технологий, удалось справиться с этой проблемой. Как сообщается на официальном сайте исследовательской лаборатории, разработанная двухдиапазонная технология стабилизации позволяет передавать информацию по обычному коммерческому оптоволокну на рекордные расстояния, превышающие 600 км, без искажений. Для минимизации фазовых флуктуаций на длинных волокнах применяются два оптических опорных сигнала на разных длинах волн. Первая используется для гашения быстро меняющихся колебаний, в то время как вторая - для точной регулировки фазы. Таким образом, пишут эксперты Toshiba Europe, можно поддерживать постоянную оптическую фазу квантового сигнала с точностью до 10 нм при длине волокна в 100 км.
«Это захватывающий результат, - говорит Мирко Питталуга (Mirko Pittaluga), первый автор статьи о результатах проведенных испытаний. - С помощью разработанного компанией нового метода возможно дальнейшее увеличение расстояния связи для QKD. Наши решения могут применяться также и для других протоколов и приложений квантовой связи».
Первое приложение с двухдиапазонной стабилизацией будет предназначено для систем квантовой криптографии с передачей квантовых ключей на большие Quantum key distribution (детектор-независимое квантовое распределение ключей, QKD). Сегодня коммерческие системы ограничены длиной оптоволокна примерно в 100-200 км. Разрабатывая способы увеличить это расстояние, в 2018 г. компания Toshiba заявила о разработке нового протокола квантового распределения ключей под названием Twin-Field QKD и проверила испытания его устойчивости к оптическим потерям. Протокол позволял передавать ключи по оптоволокну на расстояния более 550 км, и делать это без доверенных ретрансляторов или квантовых повторителей.
«В последние годы QKD использовался для защиты сетей в крупных городах. Последнее достижение Cambridge Research Laboratory of Toshiba Europe расширяет максимальную протяженность квантовой связи, позволяя соединять города разных стран и континентов без использования надежных промежуточных узлов. Реализованный вместе со спутниковым QKD, новый протокол позволит нам построить глобальную сеть для квантовой защищенной связи», - считает глава подразделения квантовых технологий Toshiba в Европе Эндрю Шилдс (Andrew Shields).
Как заявил Таро Симада (Taro Shimada), корпоративный старший вице-президент и главный цифровой директор корпорации Toshiba, благодаря успеху в области квантовых технологий, Toshiba готова к дальнейшему быстрому масштабированию своего квантового бизнеса. В планах компании на будущее, по его словам - создание платформы для услуг в области квантовых информационных технологий, которая позволит обеспечить не только безопасную связь в глобальном масштабе, но и трансформационные технологии, такие как облачные квантовые вычисления и распределенное квантовое зондирование.
По сообщению Cambridge Research Laboratory of Toshiba Europe, работа была частично профинансирована ЕС в рамках проекта H2020, OpenQKD. Ее подробности были опубликованы в научном издании Nature.