Успешная демонстрация возможности квантовой связи на большие расстояния

Авторы и источники / Правообладателям

Учёные, используя волоконно-оптическую инфраструктуру компании euNetworks, успешно продемонстрировали, что квантовая связь возможна.

Исследователи из британского Йоркского университета (The University of York) в сотрудничестве с исследовательским центром квантовых коммуникаций Quantum Communications Hub (консорциум из 8 университетов Великобритании и 13 промышленных партнеров) и компанией euNetworks Fiber UK Limited (“euNetworks”), европейским поставщиком услуг инфраструктуры широкополосной связи, впервые успешно продемонстрировали, что квантовая связь возможна на географическом расстоянии большой протяжённости, отделяющем Англию от Ирландии.

Команда учёных, возглавляемая профессором Марко Лукамарини (Marco Lucamarini) из Йоркского университета, провела серию экспериментов с использованием подводного кабеля под названием Rockabill компании euNetworks. Эта сеть является одной из новейших коммерческих волоконно-оптических систем, находящихся в эксплуатации. Она соединяет Ирландию с Англией в Соединённом Королевстве, протянувшись на 224 километра между станциями выхода подводного кабеля на берег в Портране (Portrane) и Саутпорте (Southport). До сих пор между двумя странами не было установлено ни квантовой связи, ни подводного волоконно-оптического кабеля такой длины.

Квантовая связь работает по принципу, согласно которому частицы света могут передавать данные по оптическим кабелям в очень «хрупком» состоянии. Но эти частицы разрушаются, если кто-то вмешивается, пытаясь манипулировать данными или украсть личные данные, такие как банковская информация, в процессе их передачи.

Как отмечает профессор Марко Лукамарини, многие крупные компании и организации заинтересованы в квантовых коммуникациях для обеспечения безопасности своих данных, но такая связь имеет ограничения, в частности, в отношении расстояния, на котором такая связь может осуществляться. Чем больше расстояние, тем более вероятно, что фотоны – частицы света, которые используются в качестве носителей квантовой информации, – будут потеряны, поглощены или рассеяны в канале, что сокращает шансы на то, что информация достигнет своей цели. Это представляет собой проблему, когда организациям необходимо отправить частную цифровую информацию в другие города или другие страны, где дополнительной проблемой также может быть океан между начальной и конечной точками связи.

Для преодоления этого ограничения и был разработан пилотный проект. Rockabill – новый и уникальный подводный волоконно-оптический кабель с ультранизкими потерями, низкой задержкой и исключительно низким средним затуханием – представлял собой идеальную среду. Кабель протяженностью 224 километра соединяет наземные станции в Саутпорте и Портране без усиления или системы повторителей.

Результатом серии экспериментов, проведенных на месте эксплуатации, была успешная транспортировка одиночных и сплетённых /запутанных фотонов, а также успешное измерение оптической фазы, используемой в двухпольном и непрерывно изменяемом квантовом распределении ключей (QKD), на более протяжённом непрерывном расстоянии, чем когда-либо установленном ранее в подводных оптических кабелях, свободных от «заслуживающих доверия узлов» между двумя конечными точками канала связи. Успех экспериментов в большой степени был обусловлен высокочувствительными детекторами, используемыми в конечной точке кабеля в Саутпорте в целях сокращения уровней шума окружающей среды.

Дальнейшей целью исследований является расширение использования QKD, следующего рубежа технологии шифрования данных. Эта технология перспективна в плане обеспечения повышенных уровней безопасности сети. Примеры её использования можно найти в отраслях промышленности и в организациях, которым необходимы высокозащищённые методы кодирования, защиты и передачи данных. Она уже применяется и тестируется в государственных органах разных стран, фармацевтических и медико-биологических организациях и в секторе оказания финансовых услуг.

Профессор Лукамарини считает, что этот проект является поистине важным шагом на пути к реализации всего потенциала квантовых коммуникаций и к будущему обеспечению безопасности личных данных в окружающей среде, которая формирует так называемый «квантовый интернет». Этот проект также способствует реальной интеграции технологии квантовой связи в существующие глобальные телекоммуникационные сети и сетевую инфраструктуру, выводя её из лаборатории в сценарий реального мира.

Г-жа Паула Коган (Paula Cogan), главный исполнительный директор компании euNetworks, отметила, что этот важный проект раздвигает границы квантовой технологии и перспективен для будущей безопасности сетей. Успешная интеграция квантовой технологии в коммерческую волоконно-оптическую инфраструктуру такой большой протяжённости – это впечатляющий шаг вперёд. Подводная кабельная сеть Rockabill и высокоскоростная широкополосная сеть (Super Highway) компании euNetworks, частью которой она является, представляют собой идеальную платформу для новых и прогрессивных технологий, которые усовершенствуют и внедрят инновации в будущую сетевую инфраструктуру.

Потребуется провести больше экспериментов с использованием той же самой кабельной линии для того, чтобы проложит путь для интеграции услуг, предлагаемых квантовыми технологиями, в стандартные коммуникации для отраслей промышленности, отправляющих частные данные между Великобританией и Ирландией, а также для дальнейшего развития квантового интернета.

Этот проект, финансируемый EPSRC Quantum Communications Hub – Центром квантовых коммуникаций Британского исследовательского совета, который предоставляет государственное финансирование, – был представлен на симпозиуме НАТО по квантовой технологии в сфере обороны и безопасности, состоявшемся в Амстердаме 3 октября 2023 года.