КВАНТОВАЯ СВЯЗЬ • Большая российская энциклопедия

КВА́НТОВАЯ СВЯЗЬ, со­во­куп­ность ме­то­дов для пе­ре­да­чи кван­то­вой ин­фор­ма­ции, т. е. ин­фор­ма­ции, за­ко­ди­ро­ван­ной в кван­то­вых со­стоя­ни­ях (КС), из од­ной про­стран­ст­вен­ной точ­ки в дру­гую. Но­си­те­ля­ми кван­то­вой ин­фор­ма­ции яв­ля­ют­ся кван­то­вые сис­те­мы, ко­то­рые мо­гут на­хо­дить­ся в разл. кван­то­вых со­стоя­ни­ях.

Об­мен ин­фор­ма­ци­ей ме­ж­ду уда­лён­ны­ми поль­зо­ва­те­ля­ми про­ис­хо­дит с учё­том ти­па КС, ко­то­рые, в от­ли­чие от клас­сич. со­стоя­ний, мо­гут быть не­ор­то­го­наль­ны­ми и пе­ре­пу­тан­ны­ми (сцепленными). Ко­ди­ро­ва­ние клас­сич. ин­фор­ма­ции в не­ор­то­го­наль­ные КС да­ёт воз­мож­ность со­про­во­ж­дать ка­ж­дое со­об­ще­ние соб­ст­вен­ным сек­рет­ным клю­чом, т. е. раз­ре­шить од­ну из осн. про­блем клас­сич. крип­то­гра­фии – без­ус­лов­но сек­рет­ное рас­пре­де­ле­ние клю­чей. Свой­ст­во пе­ре­пу­тан­но­сти КС по­зво­ля­ет обес­пе­чить дос­тав­ку двух иден­тич­ных по­сле­до­ва­тель­но­стей би­тов двум уда­лён­ным поль­зо­ва­те­лям с га­ран­ти­ей, что ин­фор­ма­ция, со­дер­жа­щая­ся в них, не­до­ступ­на треть­ей сто­ро­не. И в пер­вом, и во вто­ром слу­чае аб­со­лют­ная сек­рет­ность пе­ре­да­вае­мых дан­ных обес­пе­чи­ва­ет­ся не вы­чис­ли­тель­ны­ми и тех­нич. воз­мож­но­стя­ми ле­ги­тим­ных поль­зо­ва­те­лей и по­тен­ци­аль­но­го пе­ре­хват­чи­ка, а за­ко­на­ми при­ро­ды, ос­но­ван­ны­ми на ли­ней­но­сти и уни­тар­но­сти кван­то­вых пре­об­ра­зо­ва­ний и на не­оп­ре­де­лён­но­стей со­от­но­ше­ни­ях (см. Кван­то­вая крип­то­гра­фия).

Наи­бо­лее под­хо­дя­щи­ми кван­то­вы­ми сис­те­ма­ми, ис­поль­зуе­мы­ми для пе­ре­да­чи КС на боль­шие рас­стоя­ния, яв­ля­ют­ся фо­то­ны. Они рас­про­стра­ня­ют­ся со ско­ро­стью све­та, по­зво­ля­ют ко­ди­ро­вать ин­фор­ма­цию в час­тот­ных, фа­зо­вых, ам­пли­туд­ных, по­ля­ри­за­ци­он­ных и вре­мен­ны́х пе­ре­мен­ных. К то­му же ис­поль­зо­ва­ние фо­то­нов как но­си­те­лей ин­фор­ма­ции по­зво­ля­ет при­ме­нять ряд тех­но­ло­гич. до­сти­же­ний в об­лас­ти клас­сич. те­ле­ком­му­ни­ка­ций – оп­тич. во­ло­кон­ные ли­нии свя­зи, все­воз­мож­ные мо­ду­ля­то­ры и пре­об­ра­зо­ва­те­ли оп­тич. сиг­на­лов.

Со­стоя­ния фо­то­нов, в ко­то­рых ко­ди­ру­ет­ся ин­фор­ма­ция, вы­би­ра­ют­ся из чис­ла сте­пе­ней сво­бо­ды элек­тро­маг­нит­но­го по­ля, ко­то­рые мо­гут быть не­пре­рыв­ны­ми и дис­крет­ны­ми. Не­пре­рыв­ны­ми сте­пе­ня­ми сво­бо­ды об­ла­да­ют кван­то­вые сис­те­мы с боль­шой (в пре­де­ле – бес­ко­неч­ной) раз­мер­но­стью гиль­бер­то­ва про­стран­ст­ва, напр. квад­ра­тур­ные ам­пли­ту­ды к.-л. мо­ды кван­то­ван­но­го элек­тро­маг­нит­но­го по­ля или кол­лек­тив­ные со­стоя­ния ан­самб­ля атом­ных сис­тем. Пе­ре­пу­тан­ные со­стоя­ния сис­тем с не­пре­рыв­ны­ми пе­ре­мен­ны­ми реа­ли­зу­ют­ся за счёт ис­поль­зо­ва­ния сжа­тых со­стоя­ний све­та, при­чём сжа­тие квад­ра­тур­ных кван­то­вых флук­туа­ций про­ис­хо­дит в ре­зуль­та­те не­ли­ней­ных оп­тич. про­цес­сов.

Для сис­тем с дис­крет­ны­ми пе­ре­мен­ны­ми раз­мер­ность гиль­бер­то­ва про­стран­ст­ва ко­неч­на. Про­стей­шей сис­те­мой та­ко­го ти­па яв­ля­ет­ся двух­уров­не­вая сис­те­ма, ко­то­рая мо­жет быть реа­ли­зо­ва­на, напр., на по­ля­ри­за­ци­он­ных сте­пе­нях сво­бо­ды фо­то­на. В со­стоя­ни­ях двух­уров­не­вой сис­те­мы фи­зи­че­ски реа­ли­зу­ет­ся кван­то­вый бит ин­фор­ма­ции, на­зы­вае­мый ку­би­том (q-бит, qubit, от англ. quantum bit). Про­то­ко­лы кван­то­вой свя­зи на ос­но­ве ку­би­тов (под про­то­ко­ла­ми по­ни­мают по­сле­до­ва­тель­ность дей­ст­вий, при­во­дя­щих к ре­ше­нию за­да­чи) яв­ля­ют­ся наи­бо­лее раз­ра­бо­тан­ны­ми.

Лю­бая сис­те­ма К. с. со­сто­ит из ис­точ­ни­ка кван­то­вых со­стоя­ний, сре­ды, в ко­то­рой рас­про­стра­ня­ют­ся эти со­стоя­ния (ка­на­ла свя­зи), и де­тек­то­ров, из­ме­ряю­щих КС. Для ге­не­ра­ции КС на отд. фо­то­нах в осн. ис­поль­зу­ют силь­но ос­лаб­лен­ные ла­зер­ные им­пуль­сы. Ес­ли ис­ход­ное ла­зер­ное из­лу­че­ние име­ет пу­ас­со­нов­скую ста­ти­сти­ку, то, вво­дя за­дан­ное ос­лаб­ле­ние, мож­но рас­счи­тать ср. чис­ло фо­то­нов в им­пуль­се, а так­же до­лю ва­ку­ум­ной, од­но­фо­тон­ной, двух­фо­тон­ной и др. ком­по­нент. В совр. сис­те­мах кван­то­вой крип­то­гра­фии при­ня­то ис­поль­зо­вать ср. чис­ло фо­то­нов на уров­не 0,1, т. е. ко­гда в ка­ж­дом де­ся­том им­пуль­се при­сут­ст­ву­ет при­мер­но один фо­тон. Не­из­беж­ное ста­ти­стич. при­сут­ст­вие мно­го­фо­тон­ных ком­по­нент ог­ра­ни­чи­ва­ет сек­рет­ность пе­ре­да­вае­мых дан­ных.

Пе­ре­пу­тан­ные со­стоя­ния пар фо­то­нов ге­не­ри­ру­ют­ся в про­цес­се спон­тан­но­го па­ра­мет­рич. рас­сея­ния (СПР) све­та. В за­ви­си­мо­сти от ре­жи­ма СПР пе­ре­пу­ты­ва­ние про­ис­хо­дит ме­ж­ду раз­ны­ми сте­пе­ня­ми сво­бо­ды фо­то­нов. Раз­ли­ча­ют про­ст­ран­ст­вен­но-по­ля­ри­за­ци­он­ные, час­тот­но-по­ля­ри­за­ци­он­ные, вре­мя-энер­ге­ти­че­ские и др. ти­пы пе­ре­пу­тан­ных со­стоя­ний. В про­цес­се вы­ну­ж­ден­но­го па­ра­мет­рич. рас­сея­ния ге­не­ри­ру­ют­ся сжа­тые со­стоя­ния све­та – ана­лог пе­ре­пу­тан­ных со­сто­я­ний при боль­ших ин­тен­сив­но­стях из­лу­че­ния.

Сре­да, в ко­то­рой рас­про­стра­ня­ют­ся КС, пред­став­ля­ет со­бой во­ло­кон­но-оп­тич. ли­нии свя­зи или от­кры­тое про­ст­ран­ст­во. Стан­дарт­ные во­ло­кон­но-оп­тич. ли­нии свя­зи из­го­тав­ли­ва­ют­ся из плав­ле­но­го квар­ца и име­ют ми­ним. по­те­ри на дли­нах волн 1,3 мкм и 1,55 мкм. Ес­ли ка­на­лом свя­зи яв­ля­ет­ся от­кры­тое про­стран­ст­во, то ми­ним. по­те­ри про­ис­хо­дят на дли­не вол­ны 0,8 мкм и в об­лас­ти 4–10 мкм. Имен­но на этих дли­нах волн ге­не­ри­ру­ют­ся оп­тич. КС в за­ви­си­мо­сти от ти­па ли­нии свя­зи.

Для из­ме­ре­ния КС ис­поль­зу­ют­ся в осн. ла­вин­ные фо­то­дио­ды. В диа­па­зо­не 1,3–1,55 мкм это дио­ды на ос­но­ве по­лу­про­вод­ни­ко­вых струк­тур ти­па InGаAs/InP с кван­то­вой эф­фек­тив­но­стью ок. 10%. В диа­па­зо­не 0,8 мкм ис­поль­зу­ют­ся крем­ние­вые ла­вин­ные фо­то­дио­ды с кван­то­вой эф­фек­тив­но­стью ок. 50%. Раз­ра­ба­ты­ва­ют­ся др. ти­пы де­тек­то­ров, напр. на ос­но­ве сверх­про­во­дя­щих струк­тур. В бу­ду­щем для за­пи­си, хра­не­ния и об­ра­бот­ки кван­то­вой ин­фор­ма­ции пред­по­ла­га­ет­ся ис­поль­зо­вать кван­то­вые ин­тер­фей­сы и кван­то­вую па­мять.

К. с. раз­ли­ча­ют по чис­лу кван­то­вых си­с­тем, во­вле­чён­ных в ко­ди­ро­ва­ние кван­то­вой ин­фор­ма­ции. При од­но­фо­тон­ной К. с. ин­фор­ма­ция ко­ди­ру­ет­ся в со­стоя­ни­ях еди­нич­ных фо­то­нов. При двух­фо­тон­ной К. с. для дис­тан­ци­он­но­го при­готов­ле­ния нуж­но­го со­стоя­ния ис­поль­зу­ет­ся пе­ре­пу­ты­ва­ние па­ры фо­то­нов. Трёх­фо­тон­ная К. с. при­ме­ня­ет­ся для пе­ре­да­чи од­но­фо­тон­но­го КС без не­по­сред­ст­вен­ной свя­зи ме­ж­ду дву­мя про­стран­ст­вен­но-вре­менны́ми точ­ка­ми за счёт кван­то­вой те­ле­пор­та­ции. Кван­то­вая те­ле­пор­та­ция – спо­соб пе­ре­да­чи про­из­воль­ных (за­ра­нее не­из­вест­ных) кван­то­вых со­стоя­ний из од­ной точ­ки в дру­гую, ис­поль­зуя пе­ре­пу­тан­ные со­стоя­ния, рас­пре­де­лён­ные ме­ж­ду эти­ми дву­мя точ­ка­ми, и об­мен клас­сич. дан­ны­ми ме­ж­ду ни­ми. При те­ле­пор­та­ции од­но­го ку­би­та ис­поль­зу­ют два би­та клас­сич. ин­фор­ма­ции. Че­ты­рёх­фо­тон­ная К. с. при­ме­ня­ет­ся для те­ле­пор­та­ции пе­ре­пу­ты­ва­ния или кван­то­во­го об­ме­на пе­ре­пу­ты­ва­ни­ем. Этот тип К. с. очень ва­жен для соз­да­ния кван­то­вых ретранс­ля­то­ров и кван­то­вых по­вто­ри­те­лей (ретранс­ля­тор+кван­то­вая па­мять). Раз­ви­тие К. с. пер­спек­тив­но че­рез низ­ко­ор­би­таль­ные спут­ни­ки.

Рас­стоя­ние, на ко­то­ром га­ран­ти­ру­ет­ся аб­со­лют­но сек­рет­ная пе­ре­да­ча ин­фор­ма­ции, ог­ра­ни­чи­ва­ет­ся на­ли­чи­ем тем­но­вых от­счё­тов де­тек­то­ров, не­иде­аль­но­стью ис­точ­ни­ков од­но­фо­тон­ных со­стоя­ний, по­те­ря­ми в ли­ни­ях свя­зи. Ско­рость пе­ре­да­чи ог­ра­ни­че­на час­тот­ной по­ло­сой ис­поль­зуе­мых элек­трон­ных ком­по­нен­тов, бы­ст­ро­дей­ст­ви­ем и па­ра­зит­ны­ми эф­фек­та­ми в де­тек­то­рах. Для уст­ра­не­ния этих не­дос­тат­ков ис­поль­зу­ют­ся бо­лее ка­че­ст­вен­ные обо­ру­до­ва­ние, ма­те­риа­лы и но­вей­шие тех­но­ло­гии, а так­же раз­ра­ба­ты­ва­ют­ся но­вые про­то­ко­лы. Напр., в кван­то­вой крип­то­гра­фии пред­ла­га­ет­ся ис­поль­зо­вать не ку­би­ты, а сис­те­мы с бо­лее высо­кой раз­мер­но­стью – ку­ди­ты. Наи­бо­лее важ­ные про­то­ко­лы К. с.: кван­то­вая те­ле­пор­та­ция, об­мен пе­ре­пу­ты­ва­ни­ем (те­ле­пор­та­ция пе­ре­пу­ты­ва­ния), кван­то­вая плот­ная ко­ди­ров­ка, кван­то­вое ис­прав­ле­ние оши­бок, кван­то­вая крип­то­гра­фия и др.

Как работает квантовая связь?

Квантовая связь стала реальностью. Все необходимое оборудование есть на рынке, а в России уже проложены тестовые коммуникационные линии, в которых квантовая физика используется для защиты информации. Как же они устроены?

Коммерческие варианты квантовой связи реализуются на базе обычных оптоволоконных сетей, что обуславливает сравнительную простоту их развертывания. Просто за счет добавления специализированного оборудования в них используются спутанные (entangled) фотоны. Русскоязычная терминология в этой области только формируется, поэтому специалисты разных научных школ переводят их также как «запутанные» или «перепутанные» — смысл тот же.

Отличие спутанных фотонов от обычных состоит в том, что они генерируются лазером одновременно, а все их параметры оказываются взаимосвязаны.

Каковы характеристики каждого фотона из пары, заранее неизвестно, поскольку это определяется вероятностными законами. Считается, что спутанные фотоны находятся в состоянии суперпозиции, то есть каждый фотон одновременно пребывает в двух взаимоисключающих состояниях: например, имеет левую и правую спиральность (проекцию спина). Как только мы выясняем характеристику одного фотона, у другого она оказывается прямо противоположной.

Вот шуточная бытовая аналогия: когда вы смотрите на пару носков, то не можете сказать, какой из них левый, а какой правый. Они оба правые и левые одновременно. Как только вы надеваете первый носок на левую ногу, второй мгновенно становится правым и наоборот.

Интересно, что у спутанных фотонов связь сохраняется независимо от разделяющего их расстояния. До проведения измерений квантовые числа обоих фотонов неизвестны. Как только мы выполняем измерение одного фотона, у другого спутанного с ним фотона эта же характеристика мгновенно изменяется на противоположную.

Это настолько противоречит интуиции, что кажется магией, однако, как говорил Артур Кларк, «любая достаточно развитая технология неотличима от магии». Дело в том, что в квантовом мире любое измерение влияет на результат. Другими словами, измерить означает изменить, перевести из неопределенного состояния суперпозиции в определенное (детерминированное).

Мгновенное изменение состояний спутанных фотонов называется квантовой телепортацией и применяется при организации защищенной связи.

Это уникальный способ мгновенно передавать информацию без переноса носителей, имеющих массу, поэтому он не противоречит положениям теории относительности. Временной парадокс и превышение скорости света здесь только кажущиеся. Мы заранее затратили время, чтобы разнести спутанные фотоны в пространстве, и двигались они при этом, не превышая скорость света в вакууме.

Если атакующая сторона захочет перехватить спутанный фотон и измерить его состояние, то парный ему фотон мгновенно изменится. Это будет очевидным нарушением безопасности. Поэтому в корректно работающем квантовом канале связи невозможно незаметное выполнение атаки подслушивания и подмены (MitM). Как же понять, действительно ли канал связи квантовый?

Для этого используется неравенство, или теорема Белла — способ выполнить статистическую проверку результатов квантовых измерений. Он показывает, действительно ли результаты измерений носят вероятностный характер (как это должно быть в квантовой механике) или же на них действуют некие скрытые параметры. На сегодня есть многочисленные экспериментальные подтверждения тому, что в истинно квантовых системах неравенство Белла всегда нарушается. То есть нельзя заранее узнать результат измерения параметров отдельной частицы (например, поляризацию единичного фотона). Поэтому квантовая связь считается защищенной от атак перехвата и подмены данных на уровне физических законов. Если в реальной системе неравенство Белла сохраняется, значит, она является классической, а не квантовой.

Проблема в том, что практические реализации квантовой связи часто имеют инженерные ограничения.

Например, чтобы обеспечивалась защита от прослушивания, источник фотонов (лазер) должен излучать их в сторону приемника строго по одному за раз. Технически это невозможно обеспечить на 100%. Иногда в импульсе проскакивает 2-3 и более фотонов, или, как говорят, повышается светимость источника. Тогда у атакующей стороны появляется шанс перехватить один из дополнительных фотонов и незаметно получить часть передаваемого ключа. Это позволит вскрыть оставшуюся (неизвестную) часть ключа за меньшее время по сравнению с полным перебором всех возможных комбинаций.

Для решения этой проблемы был разработан протокол, обеспечивающий безопасную квантовую связь даже с неидеальным источником фотонов. Он получил название протокол на состояниях-ловушках (decoy-state protocol) и работает следующим образом.

Пусть у нас есть два собеседника, желающих организовать защищенную связь: Алиса и Боб. Их пытается подслушать третья сторона — Ева. В схему квантовой связи добавляется один недорогой компонент — модулятор, который случайным образом изменяет яркость лазерного источника Алисы. Для каждого импульса яркость выбирается между двумя уровнями — нормальным и пониженным.

В обоих случаях существует ненулевая вероятность того, что источник Алисы излучит многофотонный импульс вместо однофотонного, однако в режиме пониженной яркости эта вероятность ниже. Важно то, что она непропорционально ниже, поскольку подчиняется пуассоновской статистике. Грубо говоря, если мы ослабляем яркость вдвое, то вероятность получить многофотонный импульс падает не в два раза, а в пять.

Ева ничего не знает о том, какой яркости импульс был излучен. Она может только определить, появился в канале связи один фотон или сразу несколько. Как уже пояснялось выше, для сокрытия атаки Ева может перехватывать только многофотонные импульсы. Из однофотонных она не может незаметно извлечь никакой информации, поэтому просто блокирует, как будто они потерялись в канале и не дошли до приемника Боба.

Если бы модуляции не было, Ева могла бы по такой схеме восстановить часть ключа и, возможно, вскрыть его целиком за какое-то разумное время. Однако в протоколе на состояниях-ловушках использовался модулятор яркости, о работе которого Еве ничего не известно. После сеанса связи Алиса и Боб (точнее, их оборудование) проверяют, с какой вероятностью до Боба дошли импульсы пониженной яркости, а с какой — нормальной яркости. Если атаки не было, то отношение этих вероятностей будет отличаться на известную им величину (в нашем примере — в два раза), а если атака была — то на совершенно другую (здесь — в пять раз). Так Ева будет «поймана за руку», а переданный ключ сочтется скомпрометированным и не станет использоваться для шифрования.

Обратите внимание, что сейчас по квантовым линиям связи передаются только ключи шифрования, а не гигабайты привычного трафика.

Дело в том, что оптоволоконные сети характеризуются известным коэффициентом затухания. Через какое-то расстояние (от нескольких десятков до сотни километров) уровень сигнала станет настолько низким, что будет едва различим на фоне шумов оборудования. Из-за этого скорость упадет, а в какой-то момент станет просто неприемлемой для передачи сколь-нибудь больших объемов данных.

При обычном интернет-подключении по оптоволокну эта проблема решается установкой активного оборудования (повторителей) через каждые N километров. Для спутанных фотонов так сделать не получится, поскольку измерительное оборудование вызовет их спонтанную декогеренцию. Иными словами, произойдет разрушение состояния суперпозиции на узле ретранслятора из-за взаимодействия фотонов с промежуточным приемником (как это случилось бы в случае MitM-атаки).

Вдобавок, декогеренция происходит и в самом канале. Чем больше протяженность линии связи, тем больше фотонов подвергаются декогеренции. Поэтому для защищенной передачи одного бита может потребоваться не одна пара спутанных фотонов, а неопределенно много (десятки, сотни, тысячи), что также снизит скорость передачи. В настоящее время квантовая связь используется только для защищенной передачи ключей шифрования. Основной трафик шифруется ими и передается уже по обычным (не квантовым) линиям связи ради сохранения высоких скоростей.

Квантовая связь освоит космос | ComNews

Научно-производственная компания QRate получила финансирование от фонда Бортника и софинансирование от Газпромбанка на создание «транспортабельного» приемного модуля — первого этапа системы.

Приемный модуль — наземное оборудование для приема квантового сигнала из космоса и высокоскоростной оптической связи «спутник — Земля». Это первая часть будущей комплексной системы квантового распределения ключей через спутник. Такое решение усилит защиту передачи данных на труднодоступных территориях, а также в процессах дистанционного управления объектами критической инфраструктуры.

«Несмотря на то что такой приемник требует времени на развертывание и подготовку к работе, его габариты допускают размещение устройства в локациях разного масштаба. Эта разработка является промежуточной ступенью при переходе от громоздких стационарных систем на базе крупных телескопов к мобильным установкам, которые будут размещаться на объектах критически важной инфраструктуры и различных видах транспортных средств: от автомобилей до локомотивов и морских судов», — сообщает QRate.

Представитель QRate рассказал корреспонденту ComNews, что система состоит из приемного и передающего модулей, которые могут быть размещены в том числе на спутнике. «Финансирование фонда и банка выделено на первый этап, на создание приемника. Технически система предполагает создание собственного спутника. Это следующий этап. Пока комплексная система из всех частей, включая спутник, есть только у Китая. В российской разработке планируется запуск на низкой околоземной солнечно-синхронной орбите, высотой 440-600 км. Предполагается, что спутник будет сначала один, как демонстратор технологии. Поэтому о зонах покрытия говорить пока рано. Сейчас рассматриваются варианты финансирования, но раскрывать их преждевременно. Спутник, как часть спутниковой системы, заложен в дорожной карте по квантовым коммуникациям, рассчитанной в разных частях до 2024 г. и 2030 г., производитель не конкретизируется. Приемный модуль сам по себе является универсальным устройством. То есть его можно использовать и в атмосферных системах квантового распределения ключей, которые работают без спутников и используются, например, для беспилотного транспорта», — прокомментировал представитель QRate.

«Грант является свидетельством, что идея разработки комплексной спутниковой системы КРК поддерживается на государственном уровне. Полученные средства помогут отработать безопасное соединение двух точек — спутника и станции на Земле. И на следующем этапе перейти к разработке передатчика и отечественного спутника для передачи квантового сигнала», — говорит технический директор QRate и директор центра компетенций НТИ «Квантовые коммуникации» в МИСиС Юрий Курочкин.

Приемный модуль может быть размещен на Земле. «Эта разработка является промежуточной ступенью при переходе от громоздких стационарных систем на базе крупных телескопов к мобильным установкам, которые будут размещаться на объектах критически важной инфраструктуры и различных видах транспортных средств — от автомобилей до локомотивов и морских судов. Модель коммерциализации может развиваться по разным сценариям. Наиболее очевидные сейчас — это заказ или аренда комплексной системы, покупка отдельных комплектующих, которые можно встраивать в собственные действующие системы заказчиков и приобретение ключей. Сначала заказчиками станет государство и крупные компании, так как они владеют наиболее чувствительной информацией и готовы серьезно инвестировать в ее защиту», — рассказал представитель QRate.

Команда QRate уже несколько лет работает над созданием системы для распределения квантовых ключей через спутниковые каналы. «Мы организовали лабораторный эксперимент и убедились, что технология работает. Затем сделали стационарный экспериментальный прототип приемного модуля. На нем мы провели первые полевые опыты. А сегодня наш проект находится на втором этапе — изготовлении опытного образца транспортабельного устройства, которое можно свободно перевозить и собирать на территории заказчика. На третьем этапе нас ждут испытания уже этого устройства в полевых условиях» — рассказывает Юрий Курочкин.

«Газпромбанк видит серьезную коммерческую перспективу в развитии квантовых технологий. То, что вчера казалось фантастикой, сегодня становится реальными технологиями с огромным бизнес-потенциалом. Разработка компании QRate в будущем поможет обеспечить безопасную квантовую коммуникацию устройств, находящихся на большом расстоянии друг от друга. Для банков, предоставляющих свои услуги на территории всей страны, спутниковая квантовая связь станет актуальной вехой в обеспечении безопасности коммуникаций», — сообщил заместитель председателя правления Газпромбанка Дмитрий Зауэрс.

Акционер AltegroSky Сергей Пехтерев подчеркнул, что на данном этапе оценить экономические перспективы проекта весьма непросто. «Одно дело, если предлагаемую систему можно использовать в рамках существующих спутников связи, и тогда перспективы на быстрое внедрение и отдачу будут весьма радужными, но если предлагаемая система потребует собственной системы спутниковой связи, да еще и на низкой орбите, то тогда перспективы данного начинания скрываются в тумане. На низких орбитах — 500-600 км — потребуются сотни спутников, оснащенных солнечными батареями, аккумуляторами, двигателями, системами управления и т.д., то есть миллиардные затраты на весь проект. Кроме того, если мы говорим о сверхзащищенных ключах и управлении объектами критической инфраструктуры, то это, как правило, государственные объекты, и у нас в России их обслуживают государственные организации или предприятия, что предполагает, что данную спутниковую систему должно создавать государство», — считает Сергей Пехтерев.

Технический директор «Konnect Россия» (ООО «Евтелсат Нетворкс») Дмитрий Пастухов отметил, что область применения квантового распределения ключей может быть чрезвычайно широкой. «Как спутниковый оператор мы хорошо понимаем преимущества и недостатки космических систем, когда ключевой — в данном случае в обоих смыслах — элемент расположен на околоземной орбите. К преимуществам можно традиционно отнести охват труднодоступных географических районов и отсутствие необходимости инвестиций в наземную инфраструктуру. Помимо собственно распределения ключей, есть гипотезы о возможности использования технологии для повышения эффективности кодирования сигналов и тем самым повышения пропускной способности каналов. Однако в плане практического применения все еще в основном находится на этапе исследований и отработки технологий, но результаты представляются многообещающими», — уверен Дмитрий Пастухов.

Заместитель генерального директора Infosecurity Игорь Сергиенко согласен: «Учитывая протяженность нашей страны, данная разработка, действительно, кажется перспективной. Передача информации по высокоскоростному каналу в труднодоступные места Земли является большой проблемой. Вопросов к безопасности канала не возникает, многие из них уже решены в оптических кабельных системах передачи данных, и это действительно надежно. Но есть несколько вопросов к техническим возможностям реализации. Сколько установок на Земле спутник сможет поддерживать одновременно? Для трансляции сразу в несколько мест необходимо несколько излучателей, так как используется лазер, и это накладывает ограничения на количество одновременно обслуживаемых абонентов, в отличие от спутниковой связи. Какое влияние на передачу данных могут оказать погодные условия? Будет ли стабильно работать передача при сильной облачности, например? Стоимость по сравнению с существующей спутниковой связью».

В Китае создали первый полноценный повторитель квантовой связи — Наука

ТАСС, 2 июня. Китайские физики разработали и впервые проверили в деле полноценный повторитель квантовых сигналов. Он может усиливать сигнал, не разрушая его квантовое состояние. Статью с описанием разработки опубликовал научный журнал Nature.

Одна из главных проблем в работе современных систем квантовой связи заключается в том, что при движении через оптоволокно свет постепенно угасает. Поэтому при использовании наземных систем передачи данных расстояние между узлами квантовых сетей пока не превышает нескольких сотен километров.

Чтобы решить эту проблему, физики разрабатывают так называемые повторители квантовых сигналов – устройства, которые могут считать поступающие в них квантовые сигналы, усиливать их и отправлять адресату, не нарушая целостности данных. Это сложная задача, так как для нормальной работы таких повторителей необходима так называемая квантовая память – устройство, которое может долгое время хранить в себе квантовое состояние частиц света, передаваемых внутри сети.

Физики уже создали несколько прототипов ячеек квантовой памяти с помощью холодных атомов и ионов, а также «облаков» из них. Первые же опыты показали, что эти устройства плохо подходят для квантовых повторителей из-за низкой скорости работы и плохой совместимости с существующими системами квантовой связи.

Китайские физики выяснили, что этих проблем можно избежать, если перейти на другой тип квантовой памяти. Ее ячейки поглощают фотоны из внешней среды и в процессе работы оперируют ими, а не самостоятельно вырабатывают частицы света, как это делают «облака» атомов. Исследователи обнаружили, что подобным образом ведут себя кристаллы некоторых редкоземельных элементов, котоорые могут взаимодействовать только с частицами света с определенным типом поляризации.

Используя эти кристаллы, профессор Китайского научно-технологического университета Цзунцюань Чжоу и его коллеги собрали два повторителя квантовых сигналов, каждый из которых состоит из ячейки квантовой памяти, источника запутанных фотонов и специального устройства для проверки квантового состояния частиц. Опыты показали, что такие ячейки памяти корректно сохраняли в себе сигнал и успешно передавали его дальше в 80% случаев.

В ближайшее время ученые планируют улучшить качество работы излучателей и увеличить емкость самих ячеек памяти. Это ускорит работу повторителей и позволит использовать их для одновременной работы сразу с несколькими квантовыми сетями, что крайне важно для создания полноценного высокоскоростного «квантового интернета».

перспективы / Блог компании Yota / Хабр

(с) New quantum dot could make quantum communications possible

Телеграф «убил» голубиную почту. Радио вытеснило проводной телеграф. Радио, конечно, никуда не исчезло, но появились другие технологии передачи данных – проводные и беспроводные. Поколения стандартов связи сменяют друг друга очень быстро: 10 лет назад мобильный интернет был роскошью, а теперь мы ждем появления 5G. В скором будущем нам понадобятся принципиально новые технологии, которые будут превосходить современные не меньше, чем радиотелеграф — голубей.

Что это может быть и как оно повлияет на всю мобильную связь — под катом.

Виртуальная реальность, обмен данными в умном городе с помощью интернета вещей, получение информации со спутников и из поселений, расположенных на других планетах Солнечной системы, и защита всего этого потока — такие задачи нельзя решить одним только новым стандартом связи.

Квантовая запутанность

(с) New Experiment Allow Us To “See” Quantum Entanglement With The Naked Eye. На самом деле мы не можем увидеть квантовую запутанность, но красивая визуализация помогает понять суть явления.

Один из основных вариантов ожидающей нас эволюции связи — использование квантовых эффектов. Эта технология не исключит, но может дополнить традиционные виды связи (хотя нельзя сходу отвергнуть идею, что сеть на основе квантовой запутанности, теоретически, может вытеснить остальные виды связи).

Квантовая запутанность — это явление связи квантовых характеристик. Связь может сохраняться, даже если частицы расходятся на большое расстояние, так как, измеряя квантовые характеристики одной из связанных частиц, мы автоматически узнаем характеристики и второй. Первый протокол квантовой криптографии появился ещё в 1984 году. С тех пор создано множество как экспериментальных, так и коммерческих систем, основанных на явлениях квантового мира.

(с) Chinese Academy of Sciences

Сегодня квантовая связь используется, например, в банковской сфере, где требуется соблюдение особых условий безопасности. Компании Id Quantique, MagiQ, Smart Quantum уже предлагают готовые криптосистемы. Квантовые технологии для обеспечения безопасности можно сравнить с ядерным оружием — это почти абсолютная защита, подразумевающая, правда, серьезные затраты на реализацию. Если с помощью квантовой запутанности передать ключ шифрования, то его перехват не даст злоумышленникам никакой ценной информации — на выходе они получат просто другой набор цифр, потому что состояние системы, в которую вмешивается внешний наблюдатель, меняется.

Создать глобальную совершенную систему шифрования до недавнего времени не удавалось — уже через несколько десятков километров передаваемый сигнал затухал. Предпринимали много попыток увеличить это расстояние. В этом году Китай запустил спутник QSS (Quantum experiments at Space Scale), который должен реализовать схемы квантового распределения ключа на расстоянии более 7000 километров.

Спутник будет генерировать два запутанных фотона и отправлять на Землю. Если всё пройдет удачно, то распределение ключа при помощи запутанных частиц станет началом эры квантовой связи. Десятки таких спутников смогли бы стать основой не только нового квантового интернета на Земле, но и квантовой связи в космосе: для будущих поселений на Луне и Марсе и для дальней космической связи со спутниками, направляющимися за пределы Солнечной системы.

Квантовая телепортация

Устройство для квантового распределения ключа в лабораторных условиях, Российский квантовый центр.

При квантовой телепортации никакого материального переноса объекта из пункта А в пункт Б не происходит — происходит передача «информации», а не вещества или энергии. Телепортация используется для квантовых коммуникаций, например для передачи секретной информации. Надо понимать, что это не информация в привычном нам виде. Упрощая модель квантовой телепортации, можно сказать, что она позволит генерировать последовательность случайных чисел на обоих концах канала, то есть мы сможем создать шифроблокнот, который нельзя перехватить. В обозримом будущем это единственное, что можно сделать с помощью квантовой телепортации.

Впервые в мире телепортация фотона состоялась в 1997 году. Спустя два десятилетия телепортация по оптоволоконным сетям стала возможна на десятки километров (в рамках Европейской программы в области квантовой криптографии рекорд составил 144 километра). Теоретически, уже сейчас в городе можно построить квантовую сеть. Однако есть существенная разница между лабораторными и реальными условиями. Оптоволоконный кабель подвергается перепадам температур, из-за чего меняется коэффициент преломления. Из-за воздействия солнца может сдвинуться фаза фотона, что в определенных протоколах приведёт к ошибке.

Казанский Квантовый Центр, лаборатория квантовой криптографии.

Эксперименты ведутся по всему миру, в том числе и в России. Несколько лет назад появилась первая в стране линия квантовой связи. Она связала два корпуса университета ИТМО в Санкт-Петербурге. В 2016 году ученые из Казанского квантового центра КНИТУ-КАИ и университета ИТМО запустили первую в стране многоузловую квантовую сеть, добившись скорости генерирования просеянных квантовых последовательностей в 117 кбит/c на линии протяжённостью 2,5 километра.

В текущем году появилась и первая коммерческая линия связи — Российский квантовый центр связал офисы «Газпромбанка» на расстоянии 30 километров.

Осенью физики лаборатории квантовых оптических технологий МГУ и Фонд перспективных исследований испытали автоматическую систему квантовой коммуникации на расстоянии 32 километра, между Ногинском и Павловским Посадом.

С учётом темпов создания проектов в области квантовых вычислений и передачи данных, через 5-10 лет (по мнению самих физиков) технология квантовой коммуникации окончательно выйдет из лабораторий и станет такой же привычной, как мобильная связь.

Возможные недостатки

(с) Is Quantum Communication Possible

В последние годы всё чаще обсуждают вопрос информационной безопасности в сфере квантовой связи. Раньше считалось, что с помощью квантовой криптографии можно передавать информацию таким образом, что её нельзя перехватить ни при каких обстоятельствах. Оказалось, что абсолютно надежных систем не существует: физики из Швеции продемонстрировали, что при некоторых условиях квантовые системы связи можно взломать благодаря некоторым особенностям в подготовке квантового шифра. Кроме того, физики из Калифорнийского университета предложили метод слабых квантовых измерений, который фактически нарушает принцип наблюдателя и позволяет вычислить состояние квантовой системы по косвенным данным.

Впрочем, наличие уязвимостей — это не повод отказываться от самой идеи квантовой связи. Гонка между злоумышленниками и разработчиками (учеными) продолжится на принципиально новом уровне: с использованием оборудования с высокими вычислительными мощностями. Такое оснащение по силам далеко не каждому хакеру. Кроме того, квантовые эффекты, возможно, позволят ускорить передачу данных. С помощью запутанных фотонов можно передавать почти вдвое больше информации в единицу времени, если их дополнительно кодировать с помощью направления поляризации.

Квантовая связь — не панацея, но пока она остается одним из самых перспективных направлений развития глобальных коммуникаций.

Вестник НАТО — Квантовые технологии в сфере обороны и безопасности

С учетом того, что могут означать квантовые технологии для обороны и безопасности, НАТО считает квантовые технологии одними из важнейших новых и прорывных технологий. В данной статье рассматриваются некоторые поражающие воображение будущие прикладные квантовые технологии и их значение для обороны и безопасности.

Тот, кто не испытывает шок от первого знакомства с квантовой теорией, ничего в ней не понял.

Нильс Бор

Если вы думаете, что разбираетесь в квантовой механике, вы в ней не разбираетесь.

Ричард Фейнман

Вселенная не только более странная, чем мы думаем, она еще страннее, чем мы можем себе представить.

Вернер Гейзенберг

Три цитаты трех знаменитых специалистов по квантовой физике. Наверное, можно смело предположить, что по всеобщему мнению, пытаться разобраться в квантовой механике вряд ли относится к числу любимой среднестатистической гимнастики для ума воскресным утром. Однако квантовая механика не просто ошеломляет и заставляет серьезно задуматься. На самом деле, даже если нам трудно полностью понять ее, нас уже окружают технологии, построенные на нашем понимании квантовой механики.

Транзисторы и полупроводники в наших компьютерах и инфраструктуре связи – примеры «первого поколения» квантовых технологий. Но лучшее еще впереди. Благодаря более глубокому пониманию квантовых явлений, таких как «суперпозиция» и «запутанность» (объяснено ниже), теперь происходит «вторая квантовая революция», способствующая развитию новых и революционных квантовых технологий.

Поскольку с квантовыми технологиями появятся новые большие возможности как в гражданской, так и в военной сфере, в последние годы промышленность и государственный сектор проявляют к ним значительный интерес. Крупные технологические компании, такие как IBM, Google и Microsoft расходуют сотни миллионов долларов на НИОКР в сфере квантовых вычислений в погоне за «квантовым превосходством». Аналогичным образом, правительства признают преобразующий потенциал и геополитическую ценность прикладных квантовых технологий, и США, Европейский союз и Китай создали свои собственные научно-исследовательские программы больше чем на миллиард долларов.

Не вдаваясь в подробное разъяснение квантовой механики, стоит рассказать о ряде основных принципов, чтобы помочь понять потенциальное применение квантовых технологий.

В квантовых технологиях физические явления используются в атомном и субатомном масштабе. Фундаментальное положение квантовой механики состоит в том, что на уровне атомов мир становится «вероятностным» в отличие от «детерминистского».

Данная концепция вероятности была предметом знаменитого на весь мир спора Альберта Эйнштейна с Нильсом Бором на Пятой Сольвейской конференции по физике, состоявшейся в октябре 1927 года в Брюсселе. Для обсуждения новой квантовой теории на этой конференции собрались 29 самых знаменитых физиков того времени (17 из них станут впоследствии лауреатами Нобелевской премии).

Фотография сделана в парке им. Леопольда в Брюсселе во время Пятой Сольвейской конференции по физике в 1927 году, и ее часто называют «самой умной фотографией всех времен». Снимок предоставлен Бенжамином Купри, Сольвейский международный институт физики.

В так называемом «споре века» на Сольвейской конференции 1927 года Нильс Бор защищал новую теорию квантовой механики, сформулированную Вернером Гейзенбергом, тогда как Альберт Эйнштейн попытался отстоять детерминистскую парадигму причины и следствия. По ставшему знаменитым высказыванию Альберта Эйнштейна, «Бог не играет в кости», на что Нильс Бор парировал: «Эйнштейн, не указывайте Богу, что ему делать».

Сегодня научное сообщество согласно с тем, что Нильс Бор выиграл этот научный диспут. Это означает, что наш мир не живет по написанному сценарию, построенному на причине и следствии, и что на самом деле все меняется. Иными словами, можно обладать всеми знаниями вселенной и при этом не знать, что произойдет дальше.

Благодаря этой новой вероятностной парадигме удалось более глубоко понять ряд важнейших свойств квантовых частиц, которые лежат в основе квантовых технологий, в частности, «суперпозиция» (наложение) и «запутанность» (переплетение). Более глубокое понимание этих фундаментальных квантовых принципов и подхлестнуло развитие квантовых технологий следующего поколения: квантовая сенсорика, квантовая связь и квантовые вычисления.

Больше всего шума по поводу квантовых технологий вызвали квантовые вычисления, однако есть еще целый мир квантовой сенсорики и квантовых коммуникаций, в такой же степени завораживающий и многообещающий.

Работа квантовых сенсорных устройств основана на ультра-холодных атомах или фотонах, которыми аккуратно манипулируют с помощью суперпозиции или переплетения в определенных «квантовых состояниях». Квантовые состояния чрезвычайно восприимчивы к колебаниям, и поэтому квантовые сенсоры способны измерять малейшие различия в любых характеристиках, например, температуре, ускорении, притяжении или времени.

Квантовая сенсорика может преобразовать наши технологии измерения и обнаружения. С ее помощью можно не только производить более точные и чувствительные измерения, но и открыть новые возможности измерить то, что раньше никогда не удавалось измерить. Если перечислить лишь некоторые, с помощью квантовых датчиков мы могли бы выяснить, что именно находится у нас под ногами, составив подземные карты; создать системы раннего предупреждения об извержениях вулканов; сделать так, чтобы автономные системы могли «заглядывать» за угол; создать переносные сканеры для мониторинга деятельности головного мозга человека (источник: Scientific American).

Может показаться, что квантовые технологии – далекое будущее, однако первые квантовые датчики уже есть на рынке (например, атомные часы и гравиметры). Можно предположить, что в ближайшие пять-семь лет практическое применение квантовой сенсорики станет более широким, в частности, такое применение, как квантовые устройства определения местоположения, навигации и синхронизации (PNT) и квантовые радиолокационные технологии.

Потенциал квантовой связи – обещание обеспечить «сверхзащищенную» передачу данных, возможно, совсем не поддающуюся взлому. В настоящий момент наш обмен данными ведется с помощью электросигналов – 1 и 0, – потоки которых идут по оптоволоконным кабелям. Хакер, которому удается проникнуть в эти кабели, может прочитать и скопировать эти данные, проходящие по кабелю. А при квантовой связи передаваемая информация зашифрована в квантовой частице, где единицы и нули накладываются друг на друга, образуя «квантовый бит» (кубит). Поскольку квантовое состояние чрезвычайно восприимчиво к внешним помехам, если хакер попытается перехватить передаваемую информацию, квантовый бит «сворачивается» либо в единицу, либо в ноль, уничтожая таким образом квантовую информацию и оставляя подозрительный след.

Первое практическое применение квантовой связи получило название «квантового распределения ключа» (КРК), при котором квантовые частицы используются для обмена криптографическими ключами. При КРК данные передаются по традиционной инфраструктуре связи с использованием обычных битов, а криптографические ключи, необходимые для расшифровки данных, передаются отдельно с использованием квантовых частиц. Уже ведется большая экспериментальная работа в области КРК с применением как наземных, так и космических средств связи. В 2016 году Китай запустил первый в мире квантовый научный спутник «Микиус» (Micius), который смог продемонстрировать межконтинентальное КРК земля-спутник и спутник-земля, обеспечив защиту видеоконференции между Пекином и Веной. (источник).

«Квантовая телепортация» станет следующим шагом в квантовой связи. При КРК шифровальные ключи передаются с помощью квантовой технологии, а при квантовой телепортации с помощью переплетенных квантовых пар передается сама информация. Пока что максимальное расстояние, на которое удалось осуществить квантовую телепортацию по оптоволоконному кабелю, – 50 километров (источник), и на ближайшие годы задача – увеличить масштаб квантовой телепортации, чтобы обеспечить защищенную связь на большем расстоянии.

Конечная цель квантовой связи – создать «квантовый Интернет»: сеть переплетенных квантовых компьютеров, подключенных с помощью зверхзащищенной квантовой связи, гарантированной фундаментальными законами физики. Однако для квантового Интернета требуется не только квантовая телепортация на очень большие расстояния, но и дальнейшее развитие других сопутствующих технологий, например, квантовых процессоров и полный набор квантового Интернета, включая Интернет-протоколы и программное обеспечение для квантового Интернета. Речь идет о долгосрочной работе. Трудно определить, выйдет ли эта технология на зрелый этап и если выйдет, то когда, однако большинство ученых говорят, что понадобится 10-15 лет.

С помощью квантовых вычислений значительно увеличится наша способность к решению одних из самых сложных вычислительных задач. Утверждают, что квантовые вычисления так же отличаются от классических вычислений, как классический компьютер отличается от счет.

Как объяснено выше, в классических компьютерах вычисления производятся с использованием бинарных цифр (0 или 1), а в квантовых компьютерах информация представлена с использованием квантовых битов (кубитов), в которых оба состояния могут накладываться друг на друга (0 и 1 одновременно).

Поскольку кубиты крайне чувствительны к внешним помехам, чтобы управлять и манипулировать ими и чтобы их использовать, их нужно охладить почти до абсолютного температурного минимума (ноль кельвина), около 15 милликельвина. Это холоднее, чем в космосе! Самое холодное место во вселенной, известное нам, – внутри квантового компьютера.

Квантовый компьютер, построенный IBM: IBM Q System One (источник: Forbes). Хотите его послушать? Перейдите по ссылке, чтобы послушать сердцебиение квантового компьютера.

Благодаря кубитам квантовые компьютеры могут одновременно производить множество вычислений, в результате чего можно очень сильно увеличить вычислительную эффективность по сравнению с классическими компьютерами. Есть несколько видов практического применения, где с помощью квантовых компьютеров можно добиться особых преобразований:

• моделирование физических систем для разработки лекарственных препаратов и создания новых материалов;

• решение комплексных проблем оптимизации систем поставок, логистики и финансов;

• ускоренное машинное обучение в сочетании с искусственным интеллектом;

• факторизация целых чисел, способствующая расшифровке наиболее широко используемых протоколов кибербезопасности (например, RSA, алгоритм асимметричного шифрования, используемый для защищенной передачи данных).

Крупные технологические компании, такие как IBM, Google и Microsoft ведут гонку за «квантовое превосходство», при котором квантовому компьютеру удается решать проблему, которую не способен решить ни один классический компьютер в приемлемые сроки.

В октябре 2019 года компания Google заявила, что ей удалось добиться квантового превосходства с помощью квантового компьютера мощностью 53 кубита. Однако, как отметили критики, задача, решенная в ходе проведенного Google эксперимента, не представляет практической ценности, и поэтому гонка за квантовое превосходство продолжается.

Мощность нынешних компьютеров – около 60 кубитов, но разработки быстро сменяют друг друга, и планка высока. В сентябре прошлого года компания IBM представила дорожную карту разработки квантовых компьютеров, в частности она объявила, что поставила перед собой цель построить к 2023 году квантовый компьютер мощностью 1000 кубитов (источник). У компании Google свой план по созданию к 2029 году квантового компьютера мощностью миллион кубитов (источник).

С созданием квантовых компьютеров мощностью 1000 кубитов, так называемых шумных среднемасштабных квантовых компьютеров (NISQ), уже появилось ценное практическое применение для разработки материалов, открытия лекарственных препаратов или логистики. Поэтому ближайшие пять-десять лет будут очень интересными в плане квантовых вычислений.

С квантовыми технологиями могут открыться огромные новые возможности, позволяющие обнаруживать то, что не поддается обнаружению, преобразовать киберзащиту и помочь нам решать проблемы, которые до этого нам никогда не удавалось решать.

Два вида практического применения будут иметь особое значение в сфере обороны и безопасности в краткосрочной и среднесрочной перспективе.

Во-первых, квантовая сенсорика. У квантовых датчиков есть перспективное военное практическое применение. Например, с помощью квантовых датчиков можно вести обнаружение подводных лодок и летательных аппаратов и использовать их для определения местоположения, навигации и синхронизации (PNT). Такие квантовые устройства PNT можно было бы использовать в качестве надежных инерциальных навигационных систем, обеспечивающих навигацию без внешних опорных сигналов, как, например, GPS. Такие средства радикально изменят положение дел для подводной навигации подлодок, например, а также в качестве запасной навигационной системы для надводных платформ в случае потери сигнала GPS.

Уже можно приобрести на коммерческой основе первые квантовые датчики, то есть это самая зрелая из сенсорных, коммуникационных и вычислительных технологий. Более того, предполагается, что гражданский сектор будет продвигать вперед разработки в сфере квантовой связи и вычислений, с учетом огромной потенциальной ценности, которую они представляют для гражданской промышленности. А что касается квантовой сенсорики, возможное практическое применение, например, определение местоположения, навигация и синхронизация, а также квантовая радиолокация представляют особый интерес для военных. Поэтому военным надо финансировать, поддерживать и направлять НИОКР в этой области, чтобы сделать это возможное практическое применение действительностью.

Во-вторых, «квантовая угроза», которую представляют кв

Москву и Санкт-Петербург соединили квантовой линией связи

G. P. Miroshnichenko et al. / Optics Express, 2018

В России запущена 700-километровая линия квантовой защищенной связи, соединившая Москву и Санкт-Петербург, говорится в сообщении на сайте правительства РФ. Линия, созданная РЖД при участии петербургского университета ИТМО, содержит 19 доверенных узлов, информация в ней кодируется в фазовых состояниях фотонов, а скорость передачи ключа составляет около 300 бит в секунду.

Современная криптография позволяет шифровать сообщения так, что их не сможет расшифровать никто, кроме того, у кого есть ключ (для этого, например, достаточно, чтобы длина ключа была равна или превышала длину зашифрованного текста). Главная уязвимость этих методов — необходимость передачи ключа по защищенному каналу, создавать который очень сложно и дорого, а с учетом того, что ключи надо регулярно менять (скажем, несколько раз в секунду), иногда и бессмысленно. Поэтому в современных коммуникациях широко используются протоколы шифрования с открытым ключом. В таких протоколах используются асимметричные функции, например, разложение чисел на простые множители, что делает дешифровку крайне сложной (но она все-таки возможна).

Квантовые линии предназначена для того, чтобы сделать безопасной саму процедуру передачи ключа. В этом методе информацию о ключе несут единичные фотоны в виде своих характеристик — например, поляризации, фазы или формы волнового фронта. При попытке злоумышленника измерить эту характеристику, необратимо нарушается квантовое состояние фотона, что фиксируется адресатом. Подробнее о протоколе квантовой связи можно прочесть в нашем материале «Выдергиваете и сжигаете».

Однако у квантовой связи есть существенные ограничения — шумы, помехи, колебания температуры меняют состояния фотонов, и чем на большее расстояние надо передать сигнал, тем меньше фотонов выживает, и тем ниже скорость передачи ключа. До недавнего времени предельная дальность передачи по оптоволоконной сети не превышала 100 километров, на большем расстоянии почти все фотоны теряют свои состояния. Эту проблему пытаются решить либо с помощью трансляции через спутник, либо создавая доверенные узлы — то есть «станции» усиления сигнала, которые, как рассчитывают создатели квантовой линии, недоступны для злоумышленников. Квантовые повторители — «усилители» сигнала, которые при этом не разрушают квантовых состояний — пока еще не созданы. Тем не менее квантовая связь востребована банками и государственными организациями, в России собственные пилотные сети на базе разработок Российского квантового центра создавали «Газпромбанк» и «Сбербанк», в Китае еще в 2017 году была запущена квантовая линия Пекин — Шанхай длиной около двух тысяч километров.

На новой квантовой линии между Москвой и Петербургом 19 доверенных узлов, сообщила N + 1 представитель ИТМО. Три из них находятся в Санкт-Петербурге, три — в Москве и 13 узлов — на железнодорожных станциях от Тосно до Крюково. По словам директора центра квантового интернета ИТМО Сергея Хоружникова, одиночные фотоны не излучаются непосредственно, они возникают на боковых частотах в результате фазовой модуляции классических импульсов инфракрасного лазера с длиной волны 1550 нанометров. Данные кодируются в фазовых состояниях фотонов, а для передачи используется собственный протокол ИТМО, основанный на самом первом протоколе квантовой связи BB84.

Скорость передачи уже просеянного (то есть готового к использованию, очищенного от несовпавших битов) квантового ключа составляет 300 бит в секунду на расстояние около 60 километров.

Квантовая линия Москва — Санкт-Петербург рассматривается только как пилотный участок. Дорожная карта развития квантовых технологий в России предполагает, что к 2024 году в стране будет уже семь тысяч километров квантовых сетей.

Узнать больше о принципах и протоколах квантовой коммуникации можно в нашем курсе «Квантовые технологии».

Сергей Кузнецов

квантовая связь | PicoQuant

В типичной установке QKD фотоны генерируются одним источником фотонов, кодируются в двоичные значения (т. Е. Представляющие «0» и «1»), а затем передаются на приемник либо через оптические волокна, либо бесплатно. Космос. Затем приемник декодирует состояние фотонов и обнаруживает их с помощью чувствительных к одиночным фотонам детекторов и электроники с временной меткой. Есть несколько методов кодирования и декодирования фотонов:

• через поляризацию: двоичная информация «1» или «0» определяется поляризацией отдельных фотонов, например.g. двоичный «0» коррелирует с горизонтально поляризованным фотоном, а двоичный «1» — с вертикально поляризованным фотоном
• через фазу, что требует использования системы интерферометра: разность фаз Δφ = φAlice — φBob двух интерферометров затем используется для кодирования двоичных значений, например, разность фаз Δφ = 0 коррелирует с двоичным «0» а разность фаз Δφ = π коррелирует с двоичной «1»
• через запутанные фотоны, для чего требуется один отправитель запутанных пар фотонов и два приемника (Алиса и Боб), каждый из которых оснащен поляризатором.Алиса и Боб случайным образом устанавливают два угла на соответствующих вращателях поляризации. Если углы Алисы и Боба совпадают, оба фотона ведут себя точно так же на светоделителе, то есть они либо передаются (двоичная «1»), либо отражаются (двоичный «0»).

PicoQuant предлагает несколько инструментов, таких как устройства временной привязки и чувствительные к одиночным фотонам детекторы, которые можно использовать для создания системы распределения квантовых ключей:

MultiHarp 150

Высокопроизводительный многоканальный таймер событий и модуль TCSPC

• 4, 8 или 16 независимых входных каналов и общий канал синхронизации (до 1.2 ГГц)
• Высокая стабильная пропускная способность (80 Мбит / с в режиме временных меток, 180 Мбит / с в режиме гистограммы)
• Рекордное время простоя (650 пс) на канал
• Отсутствие мертвого времени по каналам

---

HydraHarp 400

Многоканальный пикосекундный таймер событий

• До 8 независимых входных каналов и общий канал синхронизации (до 150 МГц)
• Ширина временного канала 1 пс
• Временная метка с постоянной скоростью счета до 40 Мбит / с
• USB 3.0 соединение

---

PicoHarp 300

Компактный двухканальный пикосекундный таймер событий

• Два идентичных синхронизированных, но независимых входных канала
• Ширина временного канала 4 пс
• Временная метка с постоянной скоростью счета до 5 Мбит / с
• Подключение USB 2.0

---

TimeHarp 260

Корреляция свободных совпадений с мертвым временем

• Один или два независимых входных канала и общий канал синхронизации (до 84 МГц)
• Две модели с базовым разрешением 25 пс (модель PICO) или 1 нс (модель NANO)
• Ультра короткое мертвое время (<25 нс для модели PICO, <1 нс для модели NANO)
• Интерфейс PCIe

PDM серии

Однофотонные лавинные диоды

• Временное разрешение до <50 пс (FWHM)
• Эффективность обнаружения до 49%
• Различные активные области: 20, 50 и 100 мкм
• Сверхстабильный при высоких скоростях счета

QuCoa

Программное обеспечение для квантового корреляционного анализа

• Измерения защиты от сгибания (g ⁽²⁾ ), включая установку на несколько моделей
• Подсчет совпадений / фильтрация событий с использованием операторов И, ИЛИ, НЕ
• Предварительный просмотр кривой антигруппировки и данных корреляции во время измерения
• Дистанционное управление через интерфейс TCP / IP

Последние 10 публикаций, связанных с квантовой коммуникацией

Следующий список представляет собой отрывок из 10 последних публикаций из нашей библиографии, которые либо имеют ссылки, либо связаны с этим приложением и нашими продуктами каким-либо образом.Вы скучаете по своей публикации? Если да, мы будем рады включить его в нашу библиографию. Пожалуйста, отправьте электронное письмо на адрес [email protected] с соответствующей цитатой. Заранее большое спасибо за ваше любезное сотрудничество.

Explainer: Что такое квантовая связь?

Сегодня конфиденциальные данные обычно шифруются, а затем отправляются по оптоволоконным кабелям и другим каналам вместе с цифровыми «ключами», необходимыми для декодирования информации.Данные и ключи отправляются в виде классических битов — потока электрических или оптических импульсов, представляющих 1 с и 0 с. И это делает их уязвимыми. Умные хакеры могут считывать и копировать передаваемые биты, не оставляя следов.

Квантовая связь использует законы квантовой физики для защиты данных. Эти законы позволяют частицам — обычно фотонам света для передачи данных по оптическим кабелям — принимать состояние суперпозиции, что означает, что они могут представлять несколько комбинаций 1 и 0 одновременно.Частицы известны как квантовые биты или кубиты.

Прелесть кубитов с точки зрения кибербезопасности заключается в том, что если хакер пытается наблюдать за ними в пути, их сверххрупкое квантовое состояние «коллапсирует» до 1 или 0 . Это означает, что хакер не может вмешиваться в работу кубитов, не оставив явных признаков активности.

Некоторые компании воспользовались этим свойством для создания сетей для передачи высокочувствительных данных на основе процесса, называемого квантовым распределением ключей или QKD.По крайней мере, теоретически эти сети сверхбезопасны.

Что такое квантовое распределение ключей?

QKD включает отправку зашифрованных данных в виде классических битов по сети, в то время как ключи для дешифрования информации кодируются и передаются в квантовом состоянии с использованием кубитов.

Для реализации QKD были разработаны различные подходы или протоколы. Так работает широко используемый BB84. Представьте себе двух людей, Алису и Боба. Алиса хочет безопасно отправить данные Бобу.Для этого она создает ключ шифрования в виде кубитов, состояния поляризации которых представляют отдельные битовые значения ключа.

Кубиты могут быть отправлены Бобу по оптоволоконному кабелю. Сравнивая измерения состояния части этих кубитов — процесс, известный как «просеивание ключей», — Алиса и Боб могут установить, что они имеют один и тот же ключ.

По мере того, как кубиты отправляются к месту назначения, хрупкое квантовое состояние некоторых из них разрушается из-за декогеренции.Чтобы учесть это, Алиса и Боб затем выполняют процесс, известный как «дистилляция ключа», который включает в себя вычисление того, достаточно ли высока частота ошибок, чтобы предположить, что хакер пытался перехватить ключ.

Если это так, они отказываются от подозрительного ключа и продолжают генерировать новые, пока не будут уверены, что у них общий ключ безопасности. Затем Алиса может использовать свой ключ для шифрования данных и отправки их в классических битах Бобу, который использует свой ключ для декодирования информации.

Мы уже видим появление новых сетей QKD.Самый протяженный находится в Китае, который может похвастаться наземной связью длиной 2032 км (1263 мили) между Пекином и Шанхаем. Банки и другие финансовые компании уже используют его для передачи данных. В США стартап под названием Quantum Xchange заключил сделку, дающую ему доступ к 500-мильному (805-километровому) оптоволоконному кабелю, проложенному вдоль восточного побережья, для создания сети QKD. Первый этап свяжет Манхэттен с Нью-Джерси, где у многих банков есть крупные центры обработки данных.

Хотя QKD относительно безопасен, было бы еще безопаснее, если бы он мог рассчитывать на квантовые повторители.

Что такое квантовый повторитель?

Материалы в кабелях могут поглощать фотоны, что означает, что они обычно могут перемещаться не более чем на несколько десятков километров. В классической сети повторители в различных точках кабеля используются для усиления сигнала и компенсации этого.

Сети QKD предложили аналогичное решение, создавая «доверенные узлы» в различных точках. Например, в сети Пекин-Шанхай их 32. На этих промежуточных станциях квантовые ключи расшифровываются в биты, а затем повторно зашифровываются в новом квантовом состоянии для их перехода к следующему узлу.Но это означает, что доверенным узлам нельзя действительно доверять: хакер, взломавший безопасность узлов, может скопировать биты незамеченными и, таким образом, получить ключ, так же как и компания или правительство, управляющие узлами.

В идеале нам нужны квантовые повторители или промежуточные станции с квантовыми процессорами в них, которые позволили бы ключам шифрования оставаться в квантовой форме, поскольку они усиливаются и отправляются на большие расстояния. Исследователи продемонстрировали принципиальную возможность создания таких повторителей, но пока не смогли создать рабочий прототип.

Есть еще одна проблема с QKD. Базовые данные по-прежнему передаются в зашифрованных битах по обычным сетям. Это означает, что хакер, взломавший защиту сети, может скопировать биты незамеченными, а затем использовать мощные компьютеры, чтобы попытаться взломать ключ, используемый для их шифрования.

Самые мощные алгоритмы шифрования довольно надежны, но риск достаточно велик, чтобы побудить некоторых исследователей работать над альтернативным подходом, известным как квантовая телепортация.

Что такое квантовая телепортация?

Это может звучать как научная фантастика, но это реальный метод, который предполагает передачу данных полностью в квантовой форме.Подход основан на квантовом явлении, известном как запутанность.

Квантовая телепортация работает путем создания пар запутанных фотонов и последующей отправки одного из каждой пары отправителю данных, а другого — получателю. Когда Алиса получает свой запутанный фотон, она позволяет ему взаимодействовать с «кубитом памяти», в котором хранятся данные, которые она хочет передать Бобу. Это взаимодействие изменяет состояние ее фотона, и, поскольку он запутан с фотоном Боба, взаимодействие мгновенно изменяет состояние и его фотона.

По сути, это «телепортирует» данные в кубите памяти Алисы от ее фотона к фотону Боба. На приведенном ниже рисунке процесс представлен немного более подробно:

Исследователи из США, Китая и Европы стремятся создать сети телепортации, способные распространять запутанные фотоны. Но добиться их масштабирования будет сложной научной и инженерной задачей. Среди множества препятствий — поиск надежных способов создания большого количества связанных фотонов по требованию и поддержание их запутанности на очень больших расстояниях — то, что квантовые повторители могли бы облегчить.

Тем не менее, эти проблемы не помешали исследователям мечтать о будущем квантовом Интернете.

Что такое квантовый интернет?

Подобно традиционному Интернету, это будет глобальная сеть сетей. Большая разница в том, что основные коммуникационные сети будут квантовыми.

Он не заменит Интернет в том виде, в каком мы его знаем сегодня. Фотографии кошек, музыкальные клипы и большое количество не конфиденциальной деловой информации по-прежнему будут перемещаться в виде классических битов.Но квантовый Интернет понравится организациям, которым необходимо обеспечить безопасность особо ценных данных. Это также может быть идеальным способом связать информацию, передаваемую между квантовыми компьютерами, которые все чаще становятся доступными через вычислительное облако.

Китай находится в авангарде продвижения квантового Интернета. Несколько лет назад он запустил специальный спутник квантовой связи под названием Micius, а в 2017 году спутник помог организовать первую в мире межконтинентальную видеоконференцию с защитой QKD между Пекином и Веной.Наземная станция уже связывает спутник с наземной сетью Пекин-Шанхай. Китай планирует запустить больше квантовых спутников, а несколько городов страны планируют построить муниципальные сети QKD.

Некоторые исследователи предупреждают, что даже полностью квантовый Интернет может в конечном итоге стать уязвимым для новых атак, которые сами по себе являются квантовыми. Но столкнувшись с атакой хакеров, поразившей сегодняшний Интернет, предприятия, правительства и военные будут продолжать изучать заманчивую перспективу более безопасной квантовой альтернативы.

Первая в мире интегрированная сеть квантовой связи

Китайские ученые создали первую в мире интегрированную сеть квантовой связи, объединив более 700 оптических волокон на земле с двумя линиями связи земля-спутник, чтобы обеспечить распределение квантовых ключей на общем расстоянии 4600 километров для пользователей по всей стране. Предоставлено: Университет науки и технологий Китая.

Китайские ученые создали первую в мире интегрированную сеть квантовой связи, объединив более 700 оптических волокон на земле с двумя линиями связи земля-спутник для достижения распределения квантовых ключей на общем расстоянии 4600 километров для пользователей по всей стране.Команда, возглавляемая Цзянвэем Пэном, Юао Ченом, Чэнчжи Пэном из Китайского университета науки и технологий в Хэфэй, сообщила в Nature о своих последних достижениях в области глобального практического применения такой сети для будущих коммуникаций.

В отличие от обычного шифрования, квантовая связь считается невзламываемой и, следовательно, является будущим безопасной передачи информации для банков, электросетей и других секторов.Ядром квантовой коммуникации является квантовое распределение ключей (QKD), которое использует квантовые состояния частиц, например. фотоны — чтобы сформировать цепочку из нулей и единиц, в то время как любое подслушивание между отправителем и получателем изменит эту строку или ключ и будет немедленно замечено. До сих пор наиболее распространенная технология QKD использует оптические волокна для передачи на несколько сотен километров с высокой стабильностью, но со значительными потерями в канале. Другая важная технология QKD использует свободное пространство между спутниками и наземными станциями для передач на уровне тысячи километров.В 2016 году Китай запустил первый в мире спутник квантовой связи (QUESS или Mozi / Micius) и достиг QKD с двумя наземными станциями, расположенными на расстоянии 2600 км друг от друга. В 2017 году было завершено строительство оптоволоконной сети протяженностью более 2000 км для QKD между Пекином и Шанхаем.

Используя надежные реле, наземная оптоволоконная сеть и каналы спутниковой связи были интегрированы для обслуживания более 150 промышленных пользователей по всему Китаю, включая государственные и местные банки, муниципальные электросети и веб-сайты электронного правительства.Эта работа показывает, что технология квантовой связи может быть использована для будущих крупномасштабных практических приложений. Точно так же глобальная сеть квантовой связи может быть создана, если объединить национальные квантовые сети из разных стран и если университеты, учреждения и компании объединятся для стандартизации соответствующих протоколов и оборудования.

За последние пару лет команда тщательно протестировала и улучшила производительность различных частей интегрированной сети.Например, с увеличенной тактовой частотой и более эффективным протоколом QKD, QKD спутник-земля теперь имеет среднюю скорость генерации ключей 47,8 килобит в секунду, что в 40 раз выше, чем предыдущая скорость. Исследователи также продвинули рекорд наземного QKD на расстояние более 500 км, используя новую технологию, называемую двойным полем QKD (TF-QKD).

Далее команда продолжит расширение сети в Китае и со своими международными партнерами из Австрии, Италии, России и Канады.Они также стремятся разработать маломасштабные, экономичные спутники QKD и наземные приемники, а также спутники на средней и высокой околоземной орбите для достижения постоянного уровня QKD на уровне десяти тысяч км.

---

Ключи квантовой криптографии для безопасной связи распространены на 1000 километров дальше, чем предыдущие попытки

---

Дополнительная информация: Интегрированная сеть квантовой связи космос-земля протяженностью 4600 километров, Nature (2021 г.).DOI: 10.1038 / s41586-020-03093-8, www.nature.com/articles/s41586-020-03093-8

Предоставлено Университет науки и технологий Китая

Ссылка : Первая в мире интегрированная сеть квантовой связи (2021, 6 января) получено 1 сентября 2021 г. с https: // физ.org / news / 2021-01-world-Quant-network.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

Китай достигает новой вехи в области космических квантовых коммуникаций

Запуск китайского спутника Micius в 2016 году можно было бы рассматривать как всего лишь одно дополнение к 2700 с лишним приборам, уже находящимся на орбите Земли.Но Micius, который занимается исключительно квантовой информатикой, возможно, представляет собой лидерство страны в зарождающемся состязании между великими державами на передовых рубежах физики. Спутник, детище физика Цзянь-Вэй Пэна из Университета науки и технологий Китая, помог ему и его коллегам достичь нескольких революционных результатов, которые сделали некогда эзотерическую область квантовой криптографии широко распространенной. Команда Пэна представила безопасный метод квантового обмена сообщениями с использованием Micius в новой статье, опубликованной 15 июня в журнале Nature .Это достижение приближает мир — или, по крайней мере, Китай — на один шаг к реализации действительно надежных глобальных коммуникаций.

В 2017 году команда вместе с группой исследователей из Австрии смогла использовать спутник для проведения первой в мире виртуальной телеконференции с квантовым шифрованием между Пекином и Веной. Несмотря на то, что этот метод был важной вехой, он не был пуленепробиваемым против взлома. Сам Мициус был слабым местом: спутник «знал» последовательности фотонов или ключей для каждого местоположения, а также комбинированный ключ для дешифрования.Если бы шпион каким-то образом тщательно подслушивал его действия, целостность телеконференции могла быть нарушена.

Чтобы преодолеть эту проблему, новая демонстрация Пана и его коллег гарантировала, что Мициус ничего не «знает». Уловка заключалась в том, чтобы не использовать спутник в качестве ретранслятора связи. Вместо этого команда полагалась на него исключительно для одновременной передачи пары секретных ключей, чтобы две наземные станции в Китае, расположенные на расстоянии более 1120 километров друг от друга, могли установить прямую связь.«Нам не нужно доверять спутнику, — говорит Пан. «Так что спутник может быть сделан кем угодно — даже вашим врагом». Каждый секретный ключ представляет собой одну из двух цепочек запутанных пар фотонов. Законы квантовой физики диктуют, что любая попытка шпионить за такой передачей неизбежно оставит похожий на ошибку след, который может быть легко обнаружен получателями на любой станции.

Это первый раз, когда метод, называемый распределением квантовых ключей на основе запутывания, был продемонстрирован с использованием спутника.(Тест 2017 года также распределял квантовые ключи. Однако он не использовал запутанность в той же степени.) «Когда был запущен спутник, это было огромной вехой», — говорит Шохини Гхош, физик из Университета Уилфрида Лорье в Онтарио, который не участвовал в новом исследовании. «Но [исследователи] не обладали тем уровнем выявления ошибок, который требуется для того, чтобы на самом деле использовать эту запутанность для распределения ключей».

Уровень обнаружения ошибок имеет жизненно важное значение, потому что различение реальной ошибки и ошибочного следа от прослушивания имеет решающее значение для безопасности.Кроме того, высокая скорость может означать, что ключи, которые получают две наземные станции, отличаются друг от друга — сценарий, который сделает безопасную связь невозможной. Чтобы повысить точность своей системы связи, ученые сосредоточились на повышении эффективности сбора света телескопами на каждой из двух наземных станций, которые отслеживали передачи Мициуса, обновляя системы фильтрации и оптические компоненты, чтобы достичь необходимого низкого уровня ошибок, необходимого для квантовых вычислений. распределение ключей.

Несмотря на то, что это первый раз, когда распределение квантовых ключей на основе запутывания было выполнено через спутник, были проведены успешные наземные эксперименты. Однако в наземной квантовой связи оптические волокна, соединяющие два места, поглощают передаваемые фотоны, и скорость поглощения увеличивается с увеличением расстояния. «Надежные узлы», расположенные вдоль волокон, расшифровывают и повторно шифруют ключи, чтобы увеличить расстояние передачи ключей. Но, как и Мициус на демонстрации 2017 года, каждый из этих посредников обладает всеми квантовыми ключами и поэтому уязвим для взлома.Хотя прототипы устройств, называемые квантовыми повторителями, обеспечивают лучшую безопасность, эта технология еще недостаточно развита, чтобы быть практичной. Для сравнения, поскольку сигналы со спутника большую часть времени проходят через пустое пространство, потеря фотонов вызывает меньшую озабоченность, обеспечивая безопасную передачу на сколь угодно большие расстояния.

Эта ситуация не означает, что спутниковая система по своей сути лучше наземной. «Это яблоки и апельсины», — говорит Пол Квиат, физик из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн, который также не принимал участия в исследовании.«У спутника есть пара проблем. Во-первых, сейчас не так много спутников [квантовые исследования] летают. Во-вторых, эти спутники не всегда размещаются над вашими собственными телескопами, как вам нужно ». Опора на прохождение спутника над головой означает, что безопасная связь может осуществляться только в определенное время суток. И даже в этом случае для этой техники в настоящее время требуются другие факторы, такие как достаточно чистое небо, чтобы наземная станция могла получить ключ.

«Я думаю, что это плохая стратегия — говорить, что вы пытаетесь решить, какой из этих двух вы хотите купить», — говорит Квиат.Вместо этого, добавляет он, гибридная система, использующая локальные оптоволоконные сети, соединенные спутниками, могла бы быть лучшим способом продвижения вперед.

Пан говорит, что следующая большая задача его команды — запустить и запустить квантовый спутник на более высокой орбите, на высоте 10 000 километров над поверхностью Земли. По его оценкам, этот проект может быть запущен всего за пять лет. С такой большой высоты спутник может способствовать более частой связи между наземными станциями, находящимися гораздо дальше друг от друга. (Micius, для сравнения, вращается всего на 500 километров над Землей, что ограничивает зону действия любой наземной станции до двух раз в день.) С помощью высокоорбитального квантового спутника «вы можете выполнять распределение квантовых ключей в течение всего дня. Тогда у вас будет гораздо больше времени на общение, — говорит Пан. Он также оценивает, что новый спутник сможет выполнять распределение квантовых ключей на основе запутывания между двумя наземными станциями, находящимися на расстоянии 10 000 километров друг от друга, что на порядок превышает расстояние, указанное в новом исследовании Micius.

По мере того как Китай продвигается вперед в поисках непреодолимой квантовой связи, другие страны пытаются наверстать упущенное.В 2018 году НАСА инициировало создание Национальной космической квантовой лаборатории, которая будет использовать лазеры на Международной космической станции для обеспечения безопасной связи между наземными станциями. В Европе Quantum Internet Alliance в рамках флагманского проекта Quantum стоимостью 1 миллиард евро находится на стадии наращивания. Кроме того, совместная группа из Великобритании и Сингапура быстро продвигается к запуску собственного спутника квантовой связи в следующем году. И Япония, и Индия тоже проводят такую ​​работу.

Так Китай выигрывает гонку за безопасный квантовый Интернет? Пан говорит, что пока рано об этом знать. «Нам потребуются гораздо более значительные результаты, прежде чем квантовый Интернет станет реальностью», — говорит он.

Состояние конкуренции между США и Китаем по безопасности квантовых данных

Китайский исследователь работает над устройством с ультрахолодным атомом в лаборатории квантовых вычислений CAS-Alibaba в Шанхае, Китай, 30 июля 2015 года.

В 2019 году группа китайских техников, инженеров и ученых отправила пары фотонов с одного спутника Micius на две наземные станции в Китае, разделенные более чем 1120 километрами.Фотоны были подготовлены таким образом, что они несли информацию, которая оставалась идеально коррелированной, несмотря на расстояние между ними. Кроме того, две приемные станции в Китае смогли гарантировать, что два приемника не могут быть нарушены или обмануты какой-либо третьей стороной. Эксперимент продемонстрировал способность обмениваться секретными криптографическими ключами между двумя точками в Китае без каких-либо известных средств для скрытого наблюдения или копирования третьей стороной. Хотя скорость обмена ключами была слишком низкой для практического использования, это достижение представляло собой шаг к секретной связи, гарантированной законами физики.

Несколько стран потратили десятилетия, пытаясь найти способы перемещения данных, которые были бы экономически эффективными и безопасными, инвестируя в технологии квантовой связи. Всплеск активности Китая в этой области начался в 2013 году, когда обнародование секретной информации Эдварда Сноудена с подробным описанием возможностей разведки США вызвало глубокую обеспокоенность в Пекине. «Этот инцидент был настолько фундаментальным для китайских мотивов, что Сноуден был охарактеризован как один из двух людей, сыгравших главную роль в научной« драме »квантовых достижений Китая, наряду с Пань Цзяньвэем, отцом китайской квантовой информатики», — Исследователи Эльза Каниа и Джон Костелло пришли к выводу в отчете за 2017 год.

Интерес Китая к космической квантовой связи имеет несколько причин для национальной безопасности. Развитие неприступно защищенных линий связи в Китае было бы потерей для американских разведывательных организаций. С другой стороны, интенсивные усилия Китая по использованию космоса для безопасной квантовой связи могут побудить эту страну рассматривать международные соглашения, регулирующие космическую деятельность, как соответствующие их национальным интересам. Этот стратегический интерес может быть использован как часть будущего U.Южно-Китайское соглашение об управлении конкуренцией в космосе. Есть широкие возможности для сотрудничества в этой области между США, Европой, Канадой, Японией, Австралией и другими демократическими союзниками. Лидирующее положение Китая в области квантовой безопасности данных предполагает, что сотрудничество США и Китая — по крайней мере, в области фундаментальной науки — принесет Соединенным Штатам чистую выгоду в понимании современного состояния дел.

Квантовые вычисления и безопасная связь

Данные, передаваемые между двумя сторонами через Интернет, могут быть перехвачены.Ценность Интернета зависит от того факта, что данные, передаваемые между отправителем и получателем, могут быть надежно зашифрованы. Методы шифрования основаны на обмене секретными ключами, используемыми для кодирования данных таким образом, чтобы раскрыть минимум информации тем, у кого нет ключа. Ключи могут быть такими простыми, как длинная случайная строка из нулей и единиц. Общие методы обмена секретными ключами через небезопасный Интернет основаны на численных вычислениях, которые легко выполнить в одном направлении, но очень сложно выполнить в обратном направлении — на наших нынешних компьютерах.Например, умножение двух простых чисел легко, но с учетом очень большого целого числа определение того, какие простые числа были умножены вместе, чтобы получить это целое число, является сложной проблемой, и чем больше целое число, тем труднее становится. Это верно даже для самых мощных современных компьютеров.

Принципиально новые типы вычислительных архитектур, основанные на взаимодействии квантовых систем, были впервые предложены в 1980-х годах. В течение нескольких лет Питер Шор и другие теоретики доказали, что алгоритмы квантового компьютера, работающие на достаточно больших квантовых компьютерах, могут в принципе решать чрезвычайно трудоемкие числовые задачи, такие как разложение больших целых чисел на множители, намного быстрее, чем это мог бы классический компьютерный алгоритм.

Короче говоря, работающие системы квантовых вычислений угрожают сделать бесполезными современные методы шифрования, которые составляют основу интернет-торговли и цифровой связи. Хотя такие системы обычно считаются недостижимыми до 2030 года, когда такие квантовые компьютеры станут доступны, дешифрование некоторых коммуникационных потоков может стать возможным, если ничего не будет сделано для защиты этих потоков. Более того, любые зашифрованные данные, которые были перехвачены и сохранены, будут уязвимы для дешифрования.Это означает, что любая страна, которая получит систему квантовых вычислений достаточной мощности в будущем, сможет расшифровать сохраненные данные текущей эпохи, которые иначе было бы невозможно расшифровать. И данные, подверженные риску, выходят за рамки информации о национальной безопасности и включают геномные, медицинские и финансовые данные.

Эти опасения побудили США разработать новые алгоритмы шифрования, более устойчивые к известным методам дешифрования, основанным на квантовых вычислениях.Эти методы постквантовой криптографии (PQC) разрабатываются и оцениваются для работы на современных классических компьютерах. Национальный институт стандартов и технологий (NIST) проводит оценку альтернатив PQC и недавно опубликовал свой последний список основных претендентов.

Что такое совершенная безопасность?

При обсуждении криптографии отправителя и получателя сообщения обычно называют Алисой и Бобом соответственно. Предполагается, что у них есть общедоступный канал и зашифрованный канал для отправки данных.Доказательства безопасности предполагают, что злоумышленник по имени Ева имеет доступ к обоим каналам, а также к мощным компьютерам, находящимся в ее распоряжении.

Если Алиса захочет передать сообщение Бобу в будущем по сети, в которой скрывается Ева, Боб может встретиться в полностью защищенном офисе Алисы. Там они создают две идентичные копии длинной строки полностью случайных двоичных цифр, называемой ключом, и надежно упаковывают одну копию случайного ключа, чтобы Боб мог перенести ее в свой безопасный офис.Когда Алиса хочет отправить сообщение Бобу по скомпрометированному каналу, Алиса преобразует свое сообщение в строку битов, используя согласованную схему кодирования, которая не обязательно должна быть секретной. Затем она выбирает первый сегмент случайного ключа той же длины, что и двоичная форма ее сообщения, выравнивает биты ключа с битами сообщения так, чтобы они были спарены, и вычисляет побитовую исключающую операцию «или» (XOR). Побитовая операция XOR для двух битов — это простая функция, которая выводит 0, если оба входа равны 0, 1, если один бит равен 0, а другой — 1, а «исключающая» часть означает, что выход равен 0, если оба входа 1.В результате получается зашифрованная строка битов, которая с равной вероятностью может быть любым сообщением. Алиса отправляет эту строку битов Бобу. Боб выполняет XOR зашифрованного сообщения со своей копией ключа, а затем может преобразовать результат обратно в текст, используя общедоступную кодировку. Затем они оба отбрасывают случайный ключ.

Приведенная выше процедура не предоставляет Еве новой информации, даже если она захватывает всю цепочку зашифрованных битов. Однако требования этой идеальной схемы огромны: случайная последовательность битов в ключе должна быть действительно случайной, новый ключ должен быть сгенерирован для каждого сообщения, поскольку он отбрасывается после одного использования, длина ключа должна быть равна длине сообщения. , и ключ должен быть передан в полной секретности.Это делает обмен данными очень неэффективным. Требование абсолютной случайности не может быть выполнено с помощью легко доступных компьютерных генераторов случайных чисел: только физические системы, такие как радиоактивный распад или другие квантовые системы, могут генерировать действительно случайные числа. Методы шифрования, используемые сегодня, идут на компромисс с идеализированным алгоритмом, описанным выше, с целью обмена идеальной безопасности на эффективность.

Квантовое распределение ключей может обеспечить секретность с меньшим количеством таких компромиссов. Квантовые методы распределения ключей передают случайные ключи, кодируя эти строки нулей и единиц в последовательности фотонов, квантовые состояния которых подчиняются правилам квантовой механики.Для одиночных фотонов эти правила позволяют фотонам существовать в комбинации двух квантовых состояний до тех пор, пока они не будут обнаружены устройством, которое может измерять состояния. После обнаружения устройством определенного типа фотон принимает определенное состояние, которое частично определяется самим устройством. Эта тесная связь между фотоном и измерительным устройством лежит в основе методов КРК. В других методах КРК используются пары фотонов, которые генерируются таким образом, чтобы иметь идеальную корреляцию между своими состояниями, независимо от их отдельных путей прохождения.Общим для всех методов QKD является тот факт, что перехватчик, который обнаруживает фотоны, либо не получит никакой информации о ключах, либо будет сигнализировать Алисе и Бобу, что они успешно перехватили данные. Это позволяет Алисе и Бобу вносить изменения, чтобы завершить обмен ключами. В любом случае перехватчик никогда не сможет скопировать квантовую информацию. При классическом обмене информацией через Интернет перехватчик может обнаруживать, копировать, повторно передавать нули и единицы, не изменяя того, как эта информация впоследствии будет наблюдаться Алисой и Бобом, тем самым оставаясь невидимым.

Возможность безошибочно воспроизводить классические цифровые данные — ключевой фактор современного Интернета, поскольку он позволяет одной и той же информации перемещаться в несколько мест для использования. Поскольку квантовые состояния фотонов невозможно скопировать, это создает особые проблемы для квантовых сетей. Однако путем компромисса с идеальной безопасностью обмена квантовой информацией на нескольких надежных сайтах были построены квантовые сети.

Гарантированная секретность систем QKD угрожает сделать невозможным слежку за каналами связи, используемыми странами-противниками.Будь то каналы, которые уже задействованы, или те, которые было бы полезно использовать в будущем, улучшения в безопасности связи потенциально могут отрезать информацию, которая может быть полезна в управлении государством или для получения преимущества во время военного кризиса.

Это дает начало двум важным причинам для продолжения исследования QKD. Во-первых, понимая слабые стороны устройств QKD, можно защититься от атак на целостность или надежность собственной системы QKD. Во-вторых, если кто-то может отказать злоумышленнику в безопасном использовании QKD, это может побудить этого противника использовать менее безопасные средства связи, которые затем могут быть использованы.Таким образом, разработка систем QKD между геополитическими соперниками будет носить характер меры противодействия, во многом так же, как военные средства связи и зондирования должны преодолевать сложные контрмеры радиоэлектронной борьбы.

Национальные усилия в сетях QKD и QKD

США, Япония, Канада, Сингапур и Европа изначально возглавляли усилия по квантовому распределению ключей. Первоначальные исследования включали двухточечный QKD, но настоящая цель этих усилий — сети квантово-защищенного обмена информацией.Первая сеть QKD была создана в Бостоне DARPA в 2003 году и к 2004 году работала между Гарвардским университетом, Бостонским университетом и офисами исследовательской фирмы Bolt, Beranek и Newman. В период с 2008 по 2009 год в рамках европейского проекта FP6 было интегрировано несколько систем QKD в одну магистраль QKD в Вене. В 2010 году исследователи в Токио продемонстрировали сеть QKD с шифрованием видео.

Сегодня Китай стал лидером в распределении квантовых ключей: самая крупная продемонстрированная сеть — это сеть, которая начала работать в 2017 году в Китае в городах Пекин, Цзинань, Хэфэй и Шанхай с соединяющей их квантовой магистральной сетью длиной 1200 миль.Тем временем в Соединенных Штатах американская фирма Battelle вместе со швейцарской компанией ID Quantique строит 400-мильное сообщение между Колумбусом, штат Огайо, и Вашингтоном, округ Колумбия.

QKD исследования и разработки продолжаются сегодня в рамках более широких разработок квантовых технологий в Канаде, Европейском Союзе, Южной Корее, Японии, Великобритании, США, России, Китае и других странах. За последние 20 лет акцент в общей области квантовых технологий сместился: Соединенные Штаты и другие западные страны склонны сосредоточиться на квантовых вычислениях, а Китай уделяет больше внимания QKD.Хотя в Китае предпринимаются усилия по созданию передовых квантовых компьютеров, эта разница в акцентах отражает глубокую озабоченность по поводу интернет-безопасности на высших уровнях китайского руководства, в то время как в Соединенных Штатах развитие квантовых вычислений было обеспечено крупными компаниями. По мере того, как Китай, Соединенные Штаты и другие страны создают более крупную рабочую силу с опытом проектирования и создания квантовых информационных систем, может случиться так, что все страны сходятся к более широкой базе квантовых информационных технологий.

Компании, базирующиеся в Китае, доминируют в заявках на получение патентов в области квантовой криптографии в последний период, когда доступны данные, с 2012 по 2016 год. Компании из США и Японии доминировали в заявках на получение патентов в области квантовой криптографии в период с 2002 по 2010 годы, но с тех пор значительно замедлились. . С другой стороны, в области квантовых вычислений США, Япония и Канада подали заявки на подавляющее большинство патентов в период с 2001 по 2016 год и намного больше, чем Китай.

По мере роста предложения коммерческих компонентов QKD, выгоды, вероятно, будут получать компании, которые могут вводить новшества, соблюдая или устанавливая отраслевые стандарты. South Korea Telecom и ID Quantique работали через Международный союз электросвязи над установлением стандартов для инструментов квантовой связи. Конкуренция за установление стандартов, возможно, имеет такое же значение в этой области, как и любое конкретное технологическое развитие. Компании, которые могут адаптироваться к добровольным международным стандартам для технических устройств и данных, могут получить рыночное преимущество, поскольку другие компании и страны по всему миру начинают интегрировать эту технологию в свою собственную инфраструктуру.Отрасли сотрудничают в установлении стандартов на основе консенсуса, и в той мере, в какой китайские компании могут привнести реальный опыт и знания в области квантовых технологий в международные организации по стандартизации, у них будет больше шансов, что их технические подходы будут интегрированы в стандарты и что они будут конкурентоспособны в долгосрочной перспективе.

Наконец, во время технических обсуждений безопасности данных всегда полезно иметь в виду, что самым слабым местом в технологических системах часто являются люди.Жадность, страх, невнимательность, недостаток подготовки или более темные мотивы могут открыть риску самые технически безопасные системы. Методы социальной инженерии — манипулирование восприятием и поведением пользователей-людей — которые лежат в основе методов кибератак, переносятся непосредственно на будущие квантовые безопасные коммуникации. Надлежащее обучение и мониторинг внутренних угроз останутся ключевым элементом информационной безопасности, независимо от реализации какой-либо конкретной технологии.

Потребность в различных уровнях безопасности данных, вплоть до почти идеальной безопасности, побуждает страны всего мира вкладывать средства в усовершенствования шифрования, основанные как на математике, так и на квантовой физике.Сейчас, когда квантовые компьютеры активно производятся по всему миру, риск для нынешнего шифрования в Интернете может возникнуть через десять лет. Это также вызывает непосредственные опасения по поводу долгосрочной безопасности конфиденциальных данных, которые уже перехватываются. Одно возможное будущее информационной безопасности — это то, что включает в себя гибрид постквантовой криптографии, основанной на математике, и QKD, основанном на физике, при этом первая обеспечивает безопасность для аутентификации, требуемой по классическим каналам данных.

Поскольку Соединенные Штаты все больше полагаются на безопасный поток данных, QKD, вероятно, будет играть важную роль.Поэтому для Соединенных Штатов важно разработать сочетание технических инфраструктур, таких как спутники и волоконно-оптические линии связи. Также важно понимать уязвимости этих ссылок QKD. В криптографии открытый анализ методов всегда приводил к повышению безопасности, и то же самое, вероятно, будет справедливо и для QKD. Лучше всего для Соединенных Штатов будет обеспечено сотрудничество в области квантовой информации между национальными правительствами, бизнесом и академическими группами в Соединенных Штатах, а также между США, Европой, Южной Кореей, Австралией, Японией и другими странами.Это сведет к минимуму стратегическую неожиданность за счет максимизации широты и глубины понимания США квантовой информатики и инженерии.

Китай продемонстрировал лидерство в демонстрации нескольких конкретных областей технологии QKD, включая космическое распределение квантовых ключей с использованием запутанных фотонов, запускаемых из космоса. Поскольку этот метод имеет некоторые явные преимущества для защищенной информации на очень больших расстояниях, Китай может стать все более зависимым от космического QKD для защиты данных на больших расстояниях.Это могло бы стать основой для общей заинтересованности в сохранении стабильности спутниковой связи между США, Китаем и другими странами, которые все больше зависят от космоса.

Соединенным Штатам также следует продолжить технический обмен и сотрудничество с Китаем в области квантовой информатики по нескольким причинам. Во-первых, Китай продемонстрировал лидерство в нескольких областях технологии QKD, включая космическую QKD с использованием запутанных фотонов и больших наземных квантовых сетей.Соединенные Штаты, вероятно, узнают что-то об инженерных проблемах, если не о физике. Вторая причина сотрудничества связана с самой природой QKD: он доказуемо безопасен. В отличие от взлома кода времен Второй мировой войны, который был так важен для союзников, некоторые системы QKD невосприимчивы к подслушиванию. Понимание технологии не создает уязвимости в безопасности ни для одной из сторон. Последняя причина сотрудничества — поддержание обмена экспертами между двумя странами в критически важном узле информационных технологий, кибербезопасности и использования космоса.Китай может стать все более зависимым от космического QKD для защиты данных на больших расстояниях. Соединенные Штаты давно зависят от пространства для сбора и перемещения данных. Такое совпадение потребностей могло бы стать основой для будущих соглашений о взаимовыгодной деятельности в космосе, например об ограничении сбоев в работе систем спутниковой связи.

Том Стефаник — приглашенный научный сотрудник Брукингского института.

квантовая связь | Институт квантовых вычислений

Квантовая криптография

Одна из величайших угроз сегодняшнему подключенному миру — это уязвимость цифровой связи.Хакеры изобретают способы украсть наши личные данные, деньги и секреты. Криптография — это наука о секретах, которая позволяет обмениваться информацией на большие расстояния, но остается секретной от любых непреднамеренных перехватчиков. Большинство современных криптографических методов основаны на таких проблемах, как факторинг, которые сложно решить цифровым компьютерам. Возможность квантовых компьютеров в будущем требует от нас пересмотра того, как мы обеспечиваем безопасность нашей информации.

Квантовое распределение ключей (QKD) — это форма криптографии, основанная на принципе неопределенности, которая обеспечивает абсолютную безопасность нашей информации даже от атаки квантового компьютера.

QKD уже используется. Несколько компаний продают системы QKD, и многие государственные и частные организации используют их для защиты информации. Его даже использовали в 2007 году для защиты результатов выборов в Швейцарии.

Цель QKD — создать общий секретный ключ между двумя сторонами, который является совершенно безопасным. В простейшем варианте одна сторона отправляет кубиты в определенных квантовых состояниях другой стороне, которая наблюдает или измеряет их. Любой, кто пытается подслушать, должен также измерить эти кубиты, что оставляет заметный след.Это связано с принципом неопределенности, который гласит, что вы не можете измерить квантовое состояние, не нарушив его.

Если кубиты были нарушены, обе стороны знают, что нужно отказаться от обмена и выбросить ключ. В противном случае они могут использовать ключ для совершенно безопасного обмена данными.

Квантовая криптография — это дополнительный подход к QKD. Квантовые компьютеры будут иметь преимущества перед цифровыми по многим проблемам, но не по всем. Квантовая безопасная криптография фокусируется на разработке новых классических методов криптографии, основанных на математических задачах, которые, как считается, трудно решить даже квантовым компьютерам.

Члены лаборатории квантовой фотоники, возглавляемой исследователем из Института квантовых вычислений (IQC) Томасом Дженневейном, разработали и сконструировали работающую портативную демонстрацию квантового распределения ключей (QKD).

Квантовая телепортация

Не волнуйтесь, это не значит, что мы можем телепортировать людей! Квантовая телепортация телепортирует информацию, не имеет значения. Это что-то вроде квантового факсимильного аппарата.

Квантовая телепортация использует запутанность для передачи квантового состояния частицы на другую частицу.При этом телепортация разрушает исходное квантовое состояние. Что интересно, квантовое состояние никогда не существовало между двумя точками.

Ученые много раз демонстрировали квантовую телепортацию с использованием захваченных ионов, спинов, фотонов и сверхпроводящих кубитов. В 2012 году группа из Вены и Университета Ватерлоо телепортировала состояние фотона на расстояние более 143 км между двумя Канарскими островами.

Телепортация — это больше, чем просто крутая наука. Использование телепортации — важная часть многих архитектур квантовых вычислений, где она позволяет обмениваться квантовой информацией между различными кубитами.

Безопасная связь

Связь с квантовой запутанностью | QuantumXC

Квантовая технология и исследования открывают двери для всех видов новых возможностей и возможностей. Одна из этих возможностей связана со скоростью связи, что побуждает экспертов задуматься о том, быстрее ли квантовая связь, чем скорость света. Прочтите здесь простой анализ того, как работает квантовая связь.

На данный момент мы уверены, что квантовые компьютеры смогут делать удивительные вещи, решая сложные задачи бесконечно быстрее, чем классические компьютеры.Это имеет важные последствия для широкого круга областей, от прогнозирования погоды до медицинских исследований и развития искусственного интеллекта, не говоря уже об уже известном влиянии на кибербезопасность и способности взламывать существующие методы шифрования. Но быстрее ли квантовая связь, чем скорость света? Отличный вопрос. Если ответ «да», то откроется дверь к еще большему количеству возможностей, например, к общению в космосе.

На данный момент, однако, среди ученых преобладает мнение, что квантовая связь не превышает скорость света.

Квантовая запутанность: «Жуткое действие на расстоянии»

Перспектива сверхсветовой связи вращается вокруг квантовой запутанности, явления, которое Эйнштейн назвал «жутким действием на расстоянии». Идея в том, что запутанность подразумевает мгновенное общение. Однако, несмотря на то, что запутанные квантовые частицы, кажется, взаимодействуют друг с другом мгновенно — независимо от расстояния, нарушая скорость света — с нашим нынешним пониманием квантовой механики невозможно отправить данные с помощью квантовой запутанности.Это ключ: невозможность отправлять данные или информацию. Чтобы «общаться», вам нужно иметь возможность отправлять данные.

Квантовая запутанность — сложное явление, но, возможно, самое простое объяснение, любезно предоставленное журналом Astronomy Magazine, состоит в том, что квантовая запутанность возникает, «когда две частицы неразрывно связаны друг с другом, независимо от их отделения друг от друга. Хотя эти запутанные частицы физически не связаны, они все же могут мгновенно обмениваться информацией друг с другом, что, по-видимому, нарушает одно из самых жестких правил физики: никакая информация не может передаваться быстрее скорости света.Это основа для предположения, что квантовая запутанность может обеспечить связь со скоростью, превышающей скорость света. К сожалению, это не так просто.

Forbes рассматривает перспективу скорости квантовой связи в статье, в которой более подробно объясняется, почему квантовая запутанность не может обеспечить связь со скоростью, превышающей скорость света. В нем Чад Орзел предлагает несколько сценариев, в которых запутанность потенциально может позволить сверхсветовую связь, но в каждом случае он находит причину, по которой это не работает.В конце концов, вы не можете заставить запутанную частицу перейти в определенное состояние, и вы не можете заставить измерение дать определенный результат, потому что результаты квантового измерения случайны.