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.Как с помощью EvaProject и EvaWiki построить прозрачную бесшовную среду для успешной работы крупного холдинга

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.