Космические каналы для квантовых коммуникаций

– Задача экспертной группы – обеспечить подготовку, научно-техническую экспертизу и сопровождение НИОКР-проектов в области квантовой спутниковой связи и связи по открытому пространству, реализуемых в рамках дорожной карты «Квантовые коммуникации».
В частности, планируется реализация системы космической передачи оптической информации между низкоорбитальным спутником Международной космической станцией (МКС, российский сегмент) и наземным терминалом, который будет установлен на территории РФ. В результате выполнения этого проекта планируется передача криптографических ключей с борта МКС на один или два наземных терминала, что станет в каком-то смысле повторением недавних результатов Китая, но полностью на отечественных технологиях.
Параллельно идут два проекта – один финансируется РКК «Энергия», – он уже запущен и заканчивается в 2024 году. Также начнётся проект ОАО «РЖД», который должен закончиться не позже 2024-го, а возможно, и раньше.
В дальнейшем предполагается на основе этого эксперимента и оборудования, которое будет создано, расширить сферу решаемых задач – есть и другие протоколы квантовой связи, например протокол квантовой телепортации (передача квантового состояния на расстояние при помощи разъединённой в пространстве запутанной пары и классического канала связи, при которой состояние разрушается в точке отправления при проведении измерения и воссоздаётся в точке приёма. – Ред.) и так далее.

– В чём заключается основное преимущество космических каналов перед другими технологиями квантовой передачи информации и могут ли они работать в связке?

– Преимущество космических систем – возможность распределения ключей на гораздо большие расстояния. По оптоволоконным каналам связи передача информации ограничивается расстоянием до 100 км («точка-точка») либо с использованием доверенных узлов, но эта технология пока не отработана. А по атмосферным каналам связи – на расстояние прямой видимости в идеальных условиях гор или океана, это тоже порядка 100 км, но чаще меньше.
Планируется, что ключевая информация, которая будет передана с МКС на наземный терминал, дальше может быть использована на магистральных линиях связи. Поэтому закладывается возможность сопряжения аппаратуры с оптоволоконными каналами связи, в том числе магистральными.

– Какие сейчас существуют барьеры для развития технологии в России?

– Я думаю, что основной барьер – бюрократический. Всё остальное мы понимаем, как сделать.
Следующий барьер – это процедура закупок (отсутствует возможность быстро купить оборудование). Она очень громоздкая и неудобная, особенно для проектов, которые надо реализовать быстро.

– Какие аналоги технологии существуют за границей?

– Во-первых, это китайский проект, который завершён в 2016 году. Они за три года осуществили квантовую космическую связь. Речь шла о распределении квантовых криптографических ключей между низкоорбитальным спутником и станциями, которые расположены как на территории Китая, так и в Евросоюзе. Это совместный проект, который подписан между КНР и ЕС. Станции находятся в Австрии, Италии и в Китае. Кстати, дело не ограничилось квантовой криптографией, они пошли дальше, и другие протоколы, в частности квантовой телепортации и плотного кодирования (квантовое сверхплотное кодирование – метод, позволяющий передать два бита классической информации с помощью лишь одного кубита, используя явление квантовой запутанности. – Ред.), тоже реализовали в этом эксперименте.
Также был японский эксперимент, с помощью которого они выясняли возможность квантового распределения ключей на низкоорбитальные спутники.
Кроме того, есть эксперимент, который связан с попыткой выяснить, насколько реалистично передавать информацию на геостационарные спутники, то есть расстояния на порядки больше.