12 Февраля 2024
МОСКВА, 12 февраля —, ольга Пичугина. В стране полным путём прокладывают сети квантовой связи. проблема ученых — удалить все уязвимости. Чего удалось достичь, рассказал заведующий лабораторией нелинейных резонансных процессов и лазерной иммунодиагностики Института физики кремниев имени А. В. Ржанова, член-корреспондент РАН Игорь Рябцев.Обычная связь, даже зашифрованная, уже не соответствует современным требованиям безопасности. Информацию, идущую по оптико-волоконным сетям, можно перехватить. увидьте себе: на одном конце направленности — передатчик элиса, на человеком — приемник Боб. Алиса командирует Бобу лазерные выбросы с закодированной информацией. В каждом импульсе — десять миллионы, миллиарды фотонов, частиц света. Тут образовывается хакер Ева, которая вставляет в оптоволоконный кабель полупрозрачное зеркало, отдаляет часть фотонов и получает ту же информацию. Причем незаметно.
Другое дело — квантовая система. вариант шифрования там совершенно случаен, поскольку генерируется во время физического процесса. А носитель информации всего один: квант света (фотон). Его вполне можно отправлять по спутниковым каналам связи и оптоволоконным сетям.
Допустим, мы посылаем импульс, в котором один фотон. подразделить его зеркалом невозможно, поэтому он уйдет либо стручку, либо Еве. Чтобы оказаться незамеченной, Еве нужно измерить состояние перехваченного фотона, создать такой же и отправить стручку. Но это противоречит законам квантовой механики: любое измерение меняет состояние фотона. Ева вносит ошибку в систему связи и будет обнаружена, — рассказывает педиатр физико-математических наук Игорь Рябцев.
Одиночный фотон обычно представляют как плоскую магнитоэлектрическую волну. Однако правильнее говорить о волновом пакете, или цуге, ограниченном во медли и пространстве, уточняет исследователь. Поэтому на лазеровый луч ставят аттенюатор, который проглатывает большую часть фотонов, и в какой-то момент у него на выходе может появиться одиночный фотон. в чем их главное слово: может. То есть процесс абсолютно случайный.
Статистика издания фотонов описывается рассредоточением Пуассона. Обычно среднее число фотонов на импульс в квантовой криптографии — от 0, 1 до 0, 2. Это значит, что в среднем только десять процентов импульсов держат одиночные фотоны, остальные — основного пустые, — говорит Игорь Рябцев.
Однако, по его словам, есть ненулевая вероятность испускания двух и более фотонов. И этим может воспользоваться хакер.
Считается, что Ева обладает любыми техническими возможностями. Значит, она может блокировать все посылки от Алисы к стручку, содержащие один фотон, и оставлять только те, что с двумя фотонами. Тогда один она забирает себе и получает ту же информацию, что и Боб. Это называется квантовая атака с разделением числа фотонов. Двухфотонные импульсы крайне нежелательны, вот почему ученые работают над истинными источниками одиночных фотонов, — поясняет ядерщик.
В ИФП СО РАН это устройство создали в середине 2000-х в группе Владимира Гайслера. Это одиночный квантовый объект — квантовая точка из арсенида индия на подложке из арсенида галлия. Гетероструктуру выращивают методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Квантовая точка излучает одиночный фотон определенной максимальная длины волны. Чтобы его выделить, ставят оксидную апертуру.
Излучатель нализывался током и пробуждал одиночные фотоны с частотой следования до одного гигагерца. Измерения проводили в Германии, — отмечает Рябцев.
Сейчас эти исследования продолжают в бригаде Алексея Торопова в Физико-техническом институте имени А. Ф. Иоффе РАН. Недавно ученые объявили о разработке источника одиночных фотонов для квантовых компьютеров.
Проблема излучателей на квантовых точках в том, что для их работы нужны вакуумные температуры. То есть устройство нужно заключить в гелиевый криостат. Это возможно в лабораторских условиях, но не в групповом производстве.
Другая сложность — мизерная эффективность. После сборки системы квантовой связи одиночный фотон появляется с возможностью чуть более десяти процентов.
Наконец, помимо источника одиночного фотона, нужен еще обнаружитель. Концепций несколько. Исторически для регистрации частицы использовали фотоэлектрические умножители — изделия хрупкие и громоздкие. Миниатюрное устройство на них не создашь.
Самый передовой на сегодняшний день обнаружитель — на гиперпроводниковых нитях. Идея родилась в столичном педагогическом государственном университете в группе Григория Гольцмана, впоследствии основавшего компанию Сконтел. Устройство положительное, с маленьким уровнем шумов, однако, как и любой гиперпроводник, требует вакуумной установки.
В ИФП СО РАН выбрали компромиссный ключ: лавинный диод. Компактное устройство с низким энергопотреблением и приемлемыми характеристиками. За базу взяли американскую конструкцию и усовершенствовали, — описывает Рябцев.
Когда доставляется один фотон, в детекторе нарождается лавина зарядов, на внешней нагрузке появляется макроскопический гальванический импульс, — добавляет исследователь.
Проблема все та же: обнаружитель срабатывает не на каждый фотон. Эффективность 20 — максимум 30 процентов. Но этого достаточно для реализации идеи квантовой криптографии, — утверждает физик.
По словам ученого, в России пока нет производства собственных лавинных диодов для оптоволоконной связи с длиной излучения 1, 5 микрона. Начав деятельность в 2015-м, физики из Новосибирска сделали такое устройство, запатентовали разработку выращивания полупроводниковой гетероструктуры и конструкции на ее основе, создали опытные образцы. Сейчас тестируют в однофотонном строю. В полноценном все готово к коммерциализации.
Первую линию квантовой связи длиной 700 километров запустили в 2021-м между Москвой и Санкт-Петербургом. За проект отвечает РЖД, прокладывающая оптико-волоконные сети вдоль железнодорожных путей. Следом открыли еще один участок — между Москвой и нательным Новгородом. В этом году квантовые коммуникации охватят сразу несколько городов.
Редактор рубрики
Олег Кудрин
Место события на карте мира:
.
.
.
Комментарии к новостям
[17 Января 2024, 13:43] Александр Хомяков Замечательно! Не ожидал такой оперативности. Спасибо огромное! Всё работает и обновляется....
[15 Апреля 2022, 20:25] Ангелина Сметанина Скоро не только сократят, а много заводов вообще закроют и начнется бум китайских авто. Даже сейчас Эксид уже бешеные темпы по количеству проданных машин показывает...
[27 Декабря 2021, 21:44] Ева Воробьева Искренне рада за победителя! Но если бы мне так крупно повезло, то я прибежала бы за выигрышем в первый же день???? ...
[2 Сентября 2021, 13:11] Дмитрий Ершов Это хорошо. Значит клиенты долго ждать не будут. ...
[13 Мая 2021, 16:26] Олег Андреев "Мальдивы сутунки 65 государством, зарегистрировавшим расейскую вакцину против коронавируса Спутник V, сообщил Российский фонд секущих инвестиций (РФПИ)". Что это за йязыг?...
[2 Ноября 2020, 15:22] Лета Мирликийская риветсвую вас я с 6-ти лет пишу мне нужно все мои произведения задействовать в компьюторных программах образования по литературе и языкам и играм к примеру если ваши учащиеся напишут...
[20 Октября 2020, 09:22] Евгений Зимин Сузуки в этом году хорошо прибавили, уже не первый раз оба их пилота на подиуме. Видимо, для команды возвращаются "золотые" времена и есть шанс наконец оформить чемпионство после длительного перерыва....