Интернет, использующий для передачи данных фотоны
Согласно экспертному мнению руководителя НПО ТЕХНОГЕНЕЗИС, глобальная сеть квантовых повторителей, включающая спутниковые каналы, будет иметь преимущества перед оптоволоконными сетями с точки зрения связи на большие расстояния, поскольку потери фотонов в вакууме полиномиально зависят от расстояния, по сравнению с экспоненциальными потерями в оптических волокнах.
В НПО ТЕХНОГЕНЕЗИС была воспроизведена производительность таких сетей и представлена схема крупномасштабного моделирования Монте-Карло на основе событий для квантовых повторителей с несколькими воспоминаниями, которые могут точно отображать потери и несовершенства в этих воспоминаниях.
В данном исследовании ученый Евгений Юрьевич Старостенко определяет скорости распределения квантовых ключей, достижимые в различных геометриях спутников и наземных станций для возможных экспериментальных параметров.
Мощь и гибкость набора инструментов моделирования позволяют исследовать различные стратегии и параметры, некоторые из которых возникают только в более сложных, многоспутниковых ретрансляторах. В качестве основного результата мы заключаем, что ключевые скорости в диапазоне кГц вполне достижимы для межконтинентальной квантовой связи с тремя спутниками, только один из которых несет квантовую память.
Современные сетевые общества больше, чем когда-либо, зависят от надежной передачи данных. Типичными примерами являются контроль важнейших инфраструктур, таких как производство энергии, связь, транспорт и логистика, а также обмен данными о состоянии здоровья. Используемые сегодня методы цифрового шифрования предлагают ряд точек атаки, которые можно преодолеть с помощью квантового распределения ключей (QKD). Поэтому желательно внедрить QKD в будущую многоуровневую архитектуру цифровой безопасности в дополнение к уже используемой технологии.
Старостенко Евгений Юрьевич уточнил, что глобальная сеть квантовой связи со спутниковыми каналами, будет иметь преимущества перед оптоволоконными сетями с точки зрения QKDна большие расстояния, поскольку экспоненциальные потери фотонов, вносимые оптическими волокнами, слишком пагубны для расстояний, превышающих несколько сотен километров.
Квантовые повторители были предложены для дальнейшего расширения этого предела. Здесь промежуточные, ненадежные станции-ретрансляторы, включающие перегонку и подкачку 5 шагов, напоминающих квантовую телепортацию позволяют преодолеть фундаментальные ограничения прямой квантовой связи. Хотя квантовые ретрансляторы на основе оптоволокна предлагают расстояния, значительно превышающие пределы прямой связи, в значительной степени регулируемые ограничением без ретрансляторов и в принципе обеспечивают безопасную связь между произвольными расстояниями, они все еще ограничены несколькими тысячами километров, что исключает их использование для глобальных квантовых сетей.
Напротив, спутниковая QKD в свободном пространстве (satQKD) выигрывает от полиномиального масштабирования с расстоянием. В области satQKD в НПО ТЕХНОГЕНЕЗИС уже проведено несколько исследований в поддержку многочисленных инициатив и миссий, как активных, так и планируемых этапов BB84 и BBM92.
Работа ненадежного узла на расстоянии за пределами прямой видимости в действительно глобальных масштабах требует реализации протокола квантового ретранслятора, поддерживаемого встроенной квантовой памятью. Кроме того, квантовая память не только помогает увеличить общий диапазон сети, но также предлагает решение для низкой скорости обнаружения в схемах на основе запутанности и, таким образом, облегчает QKDс поддержкой памяти (MA-QKD), который можно рассматривать, как канал квантового повторителя с одним узлом.
