Самарский университет им. Королёва подключился к межуниверситетской квантовой сети, став пятым по счету вузом России, вошедшим в этот проект в качестве абонента сети. Закрытые линии связи необходимы в первую очередь государственным структурам, центрам обработки данных, объектам критической инфраструктуры, крупным транспортным компаниям и промышленным предприятиям.
«Вместе с нами в этом проекте сейчас пять вузов из Москвы, Санкт-Петербурга и Нижнего Новгорода. Проект реализует Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”, он обеспечивает работу сети. В нашем университете установлено специальное телекоммуникационное оборудование, оно подключено и работает в штатном режиме. В ближайшей перспективе планируется проведение научно-исследовательских работ, посвященных особенностям практического применения телекоммуникационных систем с квантовой защитой информации. Самарский университет обладает значительными компетенциями в области оптических информационных технологий», — рассказал заведующий кафедрой наноинженерии Самарского университета им. Королёва Владимир Павельев.
Как пояснил ученый, квантовая сеть представляет собой закрытую систему связи, информация в которой защищена не с помощью какого-нибудь сложного шифра, а на физическом уровне, с использованием фундаментальных законов квантовой физики. Данные в квантовой сети, передаваемые фотонами, то есть квантами света, защищены с помощью так называемого метода квантового распределения ключей. Этот метод основывается на известном физическом принципе: состояние фотона можно измерить только один раз, после чего оно необратимо меняется.
Это как фотопленка в классическом нецифровом фотоаппарате — если ее вытащить на свет, она будет засвечена, фотографии с нее отпечатать не получится, кроме того, сразу же будет понятно, что кто-то пытался получить к фотопленке несанкционированный доступ. Попав в чужие руки, квантовый ключ мгновенно меняет свои фотонные «бороздки», и открыть квантовый «замок» с его помощью становится уже невозможно.
Канал квантовой связи, как правило, состоит из двух волоконно-оптических линий: по одной передается информация, а по другой отправляется ключ в виде малофотонного излучения с определенным состоянием фотонов. Практическая реализация квантовых коммуникаций сопряжена со своими проблемами, с которыми при эксплуатации квантовых сетей нужно будет научиться справляться, чем и займутся российские ученые в рамках проекта.
Например, квантовые сети чувствительны к перепадам температуры, а наш климат местами достаточно контрастен. Кроме того, возникают сложности при передаче квантового сигнала на большие расстояния: чтобы избавиться от влияния помех и потери мощности, сигнал нужно усиливать, используя так называемые повторители, репитеры. Однако каждый такой узел усиления на линии связи несет в себе потенциальную угрозу взлома сети и раскрытия передаваемой информации. Задача исследователей — минимизировать эти риски, разработав максимально защищенные репитеры.
Оборудование, с помощью которого университет подключился к МУКС, отечественного производства, оно разработано и изготовлено предприятиями группы компаний «СМАРТС». Кроме коммуникационного оборудования, в университете также установлен уникальный обучающий стенд по квантовым технологиям, разработанный компанией «СМАРТС-Кванттелеком». «На этом стенде студенты могут наглядно изучать физические принципы защиты информации с помощью квантового распределения ключей. Здесь можно проводить лабораторные работы, ставить эксперименты. Следует подчеркнуть, что цель проекта межуниверситетской квантовой сети — это не только обкатка и дальнейшее развитие квантовых технологий, проведение научных исследований и экспериментов. Пожалуй, важнейший компонент этого проекта — образовательный, это обучение и подготовка будущих специалистов в области квантовых коммуникаций», — подчеркнул Владимир Павельев.
Подготовку бакалавров в области квантовых коммуникаций Самарский университет им. Королёва ведет с сентября 2024 года, а в 2025 году планируется также открыть новую магистерскую образовательную программу «Квантовые коммуникации и интегральная фотоника». Кроме того, в университете сейчас разрабатывается программа дополнительного профессионального образования по квантовым коммуникациям для сотрудников промышленных и транспортных предприятий.
«Обе образовательные программы разработаны в рамках направления “Прикладные математика и физика”. Это не инженерное направление, а, скорее, исследовательское. Образовательные программы разработаны и реализуются совместно со специалистами группы компаний “СМАРТС”. Наша задача — готовить не эксплуатантов оборудования, а специалистов, которые смогли бы совершенствовать существующие технологии и разрабатывать новые, в том числе новую элементную базу и программно-аппаратное обеспечение. Кстати, многие наши отечественные ученые, работающие в сфере квантовых коммуникаций, рассматривают межуниверситетскую квантовую сеть как будущую базу, основу для развития в России квантового интернета с распределенным вычислением на квантовых компьютерах и распределенной сетью квантовых сенсоров. Пока что идея квантового интернета выглядит фантастичной, однако не будем забывать, что еще не так давно и квантовые сети тоже казались фантастикой», — отметил Владимир Павельев.
Квантовая сеть объединяет ряд ведущих университетов и научных организаций России и должна стать важным инфраструктурным полигоном для тестирования и развития в нашей стране технологий квантовых коммуникаций, позволяющих создавать каналы связи с защитой информации на физическом уровне.
Обучающий стенд приобретен университетом в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» (нацпроект «Молодежь и дети»).
