Что относится к квантовым коммуникациям
Квантовая связь: перспективы
(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
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.
Квантовые коммуникации: от НИР до технологического бизнеса
Проблема, связанная с защитой персональной информации, передаваемой по публичным телекоммуникационным каналам, на сегодняшний день представляет большой интерес. Возможности высокоскоростных компьютеров и квантовых компьютеров, интенсивно развивающихся последнее время, значительно упростили процесс расшифровки информации. К примеру, с взломом 1024-битного шифрования RSA процессор Pentium 4 управился чуть более чем за 104 часа.
Вне зависимости от конкретной реализации, безопасность информации сегодня обеспечивается за счёт превышения среднего времени расшифровки над временем актуальности данных. Данная проблема может быть решена с помощью «абсолютно стойкого шифра», разработанного К. Шенноном. Однако в этом случае перед пользователем встанет задача обмениваться уникальными ключами перед каждым сеансом связи, что увеличивает риск их перехвата и последующей компрометации данных.
А теперь представьте себе такую линию связи, которую невозможно прослушать никакими способами, поскольку это противоречит законам физики. Что бы ни пытался предпринять злоумышленник, у него не получится перехватить передаваемую информацию. Такие устройства для передачи данных, использующие принципы квантовой криптографии, создаются в ООО «Квантовые коммуникации» – малом инновационном предприятии при Университете ИТМО.
Мы достигли значительных успехов в разработке системы квантовой связи для оптических волокон – она обладает параметрами близкими и даже превосходящими рекордные результаты, полученные в лабораторных системах. Если же сравнивать с системами квантовой связи, представленными на рынке, то мы научились передавать квантовые сигналы и, как следствие, реализовывать защищенную передачу данных на скоростях, в 10 раз превышающих лучшие мировые аналоги. Что касается дальности, то мы можем передать сигнал в 3 раза дальше.
Предыстория проекта
Проект начинался как НИР, которая проводилась в университете и носила сугубо фундаментальный характер. В ходе работы было предложено генерировать носители информации – одиночные фотоны – не источником излучения, а в результате фазовой модуляции классических импульсов. Затем была поставлена задача выяснить: можно ли передавать квантовые сигналы на дальние расстояния по оптическому кабелю подобным образом, возможно ли это физически?
В ходе испытаний было установлено, что такие режимы реализуются и действительно позволяют достичь описанных выше преимуществ в скорости и дальности. После проведения серии лабораторных исследований был создан макет, который был отправлен на выставку в Ленэкспо и опробован потенциальной аудиторией. Сейчас уже разработан экспериментальный образец и создан первый макет участка квантовой сети, основанной на применении поднесущих (боковых) частот, соединяющий корпуса университета. Это – первый в России опытный участок «гражданской» квантовой сети.
Системы квантовой криптографии, основанные на применении поднесущих частот
В системах рассылки квантового ключа в качестве носителей информационного сигнала используются одиночные фотоны, которые в большинстве случаев генерируются путём предельного ослабления лазерного излучения. Альтернативный подход предлагается в системах квантовой криптографии, основанных на применении боковых (поднесущих) частотв результате фазово-частотной модуляции квантовые сигналы выносятся на соседние частотные компоненты (рисунок 1).
При этом спектральный интервал между несущей и боковыми частотами определяется параметрами модулирующего сигнала и составляет порядка 10-20 пм. Системы на боковых частотах характеризуются более высокой скоростью генерации ключей и низкой вероятностью возникновения ошибок. Однако их главным преимуществом является возможность генерировать сразу несколько боковых частот в окрестности одной центральной, что позволяет размещать до 10 независимых квантовых каналов внутри одного окна мультиплексора.
В комбинации с WDM эта технология позволяет увеличить спектральную эффективность систем квантовой криптографии в оптических сетях с сегодняшних 4% до 40% и более, реализовав квантовые сети со скоростью передачи данных порядка 400 Мбит/с. Все это делает технологию экономически эффективной – сейчас скорость лучших в мире квантовых систем всего 1-2 Мбит/с (50 км), в то время как пропускная способность канала в сети Ethernet – порядка 1 Гбит/с.
Рис. 1. Спектр оптического сигнала после модуляции в блоке отправителя (а) и получателя в случае конструктивной (b) и деструктивной (с) интерференции
Ниже (рис. 2) приведена упрощённая схема нашей системы. Полупроводниковый лазер генерирует излучение с узким спектром на длине волны 1550 нм. После этого излучение поступает в фазовый модулятор FM1, управляемый электронным блоком управления (electronic control unit). В результате фазовой модуляции в излучении появляются две боковые частоты, отличающиеся от несущей на величину модулирующего радиосигнала 4,4 ГГц.
Мощность боковых частот контролируется путем изменения амплитуды модулирующего сигнала. Модулированный сигнал поступает на аттенюатор AT, на выходе которого мощность сигнала на боковых частотах соответствует среднему числу фотонов на импульс (порядка единицы). Каждый бит передаваемого сигнала кодируется с помощью фазового сдвига ΦА, добавляемого в модулирующий сигнал. Фазовый сдвиг контролируется электронным блоком управления и на каждый бит выбирается случайно из четырёх величин: 0; π/2; π и 3π/2.
Рисунок 2 – Принципиальная схема системы квантовой криптографии, основанной на применении поднесущих частот
Электронные блоки управления в передающем и принимающем модулях синхронизируются с помощью сигнала специальной формы: синусоиды с частотой 10 МГц и стробирующего импульса длительностью 10 нс. Стартовый строб-сигнал инициирует генерацию ключа, а последующие – синхронизируют запись квантовых отсчетов в буферную память передающего и принимающего модулей. Модуляционные генераторы передающего и принимающего модулей синхронизирует синусоидальный сигнал. Синхросигналы передаются по отдельному оптическому волокну.
Ссылка на изображение
Рисунок 3 – Спектр и осцилограмма (а) ослабляющей и (б) усиливающей интерференции
Криптографический ключ генерируется по протоколу BB84 с сильным опорным импульсом. Квантовый сигнал в принимающем модуле возникает в момент прохождения лазером поляризационного контроллера, фазового модулятора FM2 и спектрального фильтра SF, подключенных последовательно.
Спектральный фильтр выделяет сигнал боковых частот, который отслеживается с помощью детектора (счетчика) фотонов DOF. На этом этапе сигнал подвергается повторной фазовой модуляции. Фазовый модулятор FM2 управляется электронным блоком управления, а битовая последовательность кодируется точно так же как в передающем модуле.
Частота смены фазы равна 100 МГц. Фазовый модулятор вносит в модулирующий сигнал сдвиг фазы ΦB; каждый битовый сдвиг выбирается случайным образом из четырех возможных величин. Результирующая мощность поднесущей волны зависит от фазовых сдвигов ΦA и ΦB. Если ΦA = ΦB, то возникает усиливающая интерференция (рис. 3б), и мощность оптического сигнала оказывается отличной от нуля. Если ΦA – ΦB = π, то проявляется ослабляющая интерференция (рис. 3а), а мощность оптического сигнала оказывается сопоставимой с шумом темнового тока детектора фотонов. Состояния с разностью фаз π/2 отбрасываются.
Обмен информацией, необходимой для обработки результатов измерения, выполняется по открытому каналу. При этом «сырой» ключ генерируется одновременно в передающем и принимающем модулях. После этого для «сырого» ключа вычисляется коэффициент ошибок (QBER), по которому легитимные пользователи могут определить, была ли предпринята попытка прослушки. Если прослушки не было, то ошибки корректируются, а в передающем и принимающем модулях генерируется секретный криптографический ключ.
Лабораторная установка
Мы провели серию экспериментов в лабораторных условиях (рис. 4). Были измерены такие параметры системы, как скорость генерации ключа и частота квантовых ошибок (QBER) на расстояниях до 250 км в оптическом волокне corning SMF-28 ULL.
В качестве приёмника излучения применялась другая уникальная российская разработка в области фотоники: сверхпроводниковый детектор одиночных фотонов на основе ультратонкой пленки (SNSPD). Этот прибор был разработан и создан в Москве компанией SCONTEL.
Рисунок 4 – Экспериментальная установка со сверхпроводниковым однофотонным детектором на основе ультратонкой пленки (SNSPD)
Величина QBER определяется как отношение количества ошибочных битов к общему числу полученных битов:
где Rsift (длина «просеянного» ключа) равняется количеству совпадений базисов Алисы и Боба (приемника и передатчика), что в свою очередь равняется половине длины «сырого» ключа:
где frep – частота повторения импульсов, μ – среднее число фотонов за импульс, tlink – коэффициент передачи, то есть вероятность фотона достичь детектора Боба, η – вероятность обнаружения фотона, то есть квантовая эффективность детектора. Фактор q 98,9%) в однонаправленном канале за счёт точного контроля относительных фазовых сдвигов и свойств детектора SNSPD (низкий уровень темновых отсчётов и высокие быстродействие). Для максимального расстояния, на котором проводился эксперимент, скорость рассылки «просеянного» ключа составила 28 бит/с, при QBER равном 9,3%, что по-прежнему допускает безопасную генерацию ключей.
Реализация системы позволяет создавать сети нового типа, которые дают новое качество идеально безопасного мира: их можно встроить в интернет вещей, сетевые концепции. Это – платформа, которую можно использовать для разработки комплексных систем безопасности и связи, а также как основу безопасной передачи данных для других решений. Например, для защиты управляющих сигналов беспилотных самолетов.
Если подойти к вопросу с пользовательской стороны, то систему можно применять в программном обеспечении, реализующем режимы обмена данными между клиентами. Идеология сравнима с ОС Android или iOS – у пользователя есть платформа, и с её помощью он решает свои конкретные задачи. Они необязательно должны быть связаны с космическими и военными технологиями – система подходит для решения вопросов, максимально приближенных к пользователю. Об этих вопросах и других темах, связанных с перспективами использования квантовых сетей, мы будем рассказывать в наших следующих материалах.
Что такое квантовые коммуникации
Квантовые коммуникации – это технология сверхзащищенной передачи данных на большие расстояния с помощью шифрования ключей в квантовых частицах. Для этого обычно используются доступные во многих местах оптоволоконные кабели. Также передача возможна посредством спутника. На данном этапе развития технологии через квантовый канал связи можно передать только ключи шифрования, а не всё сообщение.
Данная сфера бурно развивается в последние годы, но сама идея появилась в 80-е годы 20-го века. Первыми систему передачи квантового ключа создали Соединённые Штаты. Потом разработки появились в Европе, в Японии и в Китае.
Сейчас мировым лидером по развитию квантовых коммуникаций является Китай. Там построена и введена в эксплуатацию сеть Пекин-Шанхай протяжённостью 2000 км.
Квантовые коммуникации пока остаются очень дорогой технологией, но постепенно себестоимость их использования снижается. Для удовлетворения спроса цена должна сравняться с уровнем классических оптоволоконных каналов, что требует значительных инвестиций.
В первую очередь во внедрении этих технологий заинтересованы государственные органы, субъекты критической информационной инфраструктуры, национальные телекоммуникационные сети, финансовая сфера и технологические компании.
Активное развитие квантовых коммуникаций обусловлено ростом киберугроз в связи с массовой цифровизацией. В то же время квантовые компьютеры уже достаточно быстро решают задачи дискретного логарифмирования и факторизации, на которых основываются широко используемые криптографические алгоритмы, что серьёзно угрожает информационной безопасности.
Принцип квантовых коммуникаций позволяет взаимодействующим сторонам генерировать квантовые ключи, т.е. случайные двоичные последовательности. А кодируется эта информация в квантовых состояниях фотонов – частиц света. При попытке взлома состояние фотона неизбежно меняется, и об этом тут же становится известно участникам коммуникации.
Азбука квантовых коммуникаций: 28 терминов, которые помогут разобраться в технологии
Из-за большой вероятности кибератак на объекты с критической инфраструктурой государства готовы вкладывать деньги в защиту критических коммуникаций. В свою очередь, именно квантовые коммуникации воспринимаются как нечто бескомпромиссное и действительно защищенное. Специально для «Хайтека» Юрий Курочкин, технический директор QRate, разобрал основные термины и явления из области квантовых коммуникаций.
Читайте «Хайтек» в
Аутентификация — определение субъекта передачи информации по принципу «свой — чужой». Классическая аутентификация с открытым ключом подвержена атакам с квантовым компьютером. Квантовые ключи обеспечивают защиту от атак с любой вычислительной мощностью. Реальное знание пароля и есть аутентификация, основная задача которой — убедить собеседника в собственной личности.
Блокчейн, квантово-защищенный — непрерывная цепочка блоков информации, использующая квантовую или постквантовую криптографию (или комбинирущая их). Такой вид блокчейна позволяет сделать подписи и консенсус устойчивыми ко взлому со стороны квантового компьютера. Первыми в мире квантово-защищенный блокчейн разработали ученые из Российского квантового центра и QRate.
Волоконно-оптическая линия связи — это вид системы передачи данных, при котором информация передается по оптическому волокну. Оптоволоконная связь имеет ряд преимуществ по сравнению с другими способами передачи информации: она позволяет передавать данные на большие расстояния без использования усилителей, а скорость передачи настолько высока, что остается недостижимой для других систем связи. Широко используется в телекоммуникационных сетях разных уровней, а также в промышленности, энергетике, медицине, системах безопасности и других областях.
Генератор случайных чисел, квантовый — один из основных компонентов системы квантового распределения ключей, который используется для формирования криптографического ключа. В отличие от математического и аппаратного генераторов случайных чисел, квантовый — истинно случаен, а значит, устойчив к атакам квантового компьютера. Помимо квантового распределения ключей, квантовый генератор случайных чисел может использоваться в инженерных расчетах и финансовом моделировании (метод Монте-Карло), азартных играх, а также для ускорения машинного обучения.
Методы Монте-Карло — группа численных методов для изучения случайных процессов. Процесс в этом методе описывается математической моделью с использованием генератора случайных величин, модель многократно обсчитывается, а на основе полученных данных вычисляются вероятностные характеристики рассматриваемого процесса.
Дорожная карта по квантовым коммуникациям — документ, утвержденный Правительственной комиссией по цифровому развитию РФ в сентябре 2020 года, он описывает пошаговое развитие квантовых коммуникаций в стране до 2024 года. В рамках дорожной карты планируется создание интернета вещей на базе квантовых вычислений и внедрение магистральных квантовых сетей для безопасной передачи данных. Технология предполагает квантовое распределение ключей шифрования при передаче данных по волоконно-оптической связи. Одним из первых пилотных проектов стало строительство магистральной квантовой сети «Москва — Санкт-Петербург» протяженностью около 800 км. За реализацию дорожной карты отвечает ОАО «РЖД» совместно с ведущими экспертами и научными организациями.
E91 — протокол квантового распределения ключей с помощью квантовой запутанности. Был предложен Артуром Экертом в 1991 году. Играет большое значение при доказательстве секретности квантовых коммуникаций. Прототип системы квантовой криптографии на основе этого протокола был сделан в Сингапурском центре квантовых технологий CQT.
Жиль Брассар — канадский физик-теоретик, который в 1984 году совместно с Чарльзом Х. Беннеттом разработал первый в мире протокол квантового распределения ключей, названный в их честь, Bennett-Brassard 1984 (BB84). Помимо этого, Жиль Брассар — автор большого количества работ по квантовой телепортации, квантовой запутанности и квантовой криптографии. Сейчас только этот протокол в модификации Decoy-state BB84 имеет полное доказательство от наиболее общих атак, не только индивидуальных, но и коллективных.
« Звезда » — топология сети квантового распределения ключей, берет истоки в сфере больших электронно-вычислительных машин, где головной компьютер, выполняющий функции сервера, получает и обрабатывает всю информацию с периферийных устройств. По сравнению с другими топологиями, «Звезда» является наиболее дешевой во внедрении. Однако есть и недостатки, например, нарушение связи при выходе из строя сервера.
Интернет, квантовый — сеть, соединяющая квантовые компьютеры и другие устройства, использующие квантовые технологии. В отличие от традиционного интернета, квантовый использует данные, закодированные в кубитах. Они же способны удерживать два состояния одновременно, за счет чего достигается максимальная защита пользовательской информации.
Криптография, квантовая — метод защиты коммуникаций, основанный на принципах квантовой физики. В отличие от традиционной криптографии, использующей математические методы, здесь данные переносятся с помощью кубитов. Ее реализуют при помощи фотонов в оптоволоконных линиях или по воздушному пространству.
Линия квантовой связи — это совокупность методов для передачи информации в квантовых состояниях из одной точки в другую. В 2016 году в России провели первую в стране городскую линию квантовой связи протяженностью около 30 км, которая соединила два отделения «Газпромбанка» в Москве. Позже, летом 2021 года, запустилась вторая линия квантовой связи между Москвой и Санкт-Петербургом протяженностью 700 км, став самой крупной в Европе и второй по величине в мире.
Миниатюризация — современный тренд, заключающийся в создании устройств уменьшенного размера и массы. Она применима во всех направлениях квантовых технологий. В частности, уменьшить размер квантового компьютера позволит новая технология электронного охлаждения, которая заменит смеси криогенных жидкостей. В коммуникациях уменьшение устройства для квантового распределения ключей позволит сократить стоимость устройства в 10–15 раз.
Нелокальность — возможность мгновенной корреляции (взаимосвязи) одной системы или частицы к другой со скоростью, превосходящей скорость света. На основании данного явления возможно реализовать квантовую телепортацию, когда передача двух бит информации может очень точно передать кубит, требующий для своего описания гораздо больше информации.
Оптический сигнал — оптическое излучение, один или несколько параметров которого изменяются в соответствии с передаваемой информацией.
Протокол квантовых коммуникаций — свод правил, по которым осуществляется приготовление и измерение квантовых состояний света. Первый в мире протокол квантовой криптографии разработали ученые Чарльз Беннетт и Жиль Брассар в 1984 году.
Распределение ключей, квантовое — метод передачи ключа, в основе которого лежит процесс коммуникации двух сторон. Он основан на создании общего случайного ключа, который известен только двум сторонам, соединенным по открытому каналу связи. Отправитель шифрует данные, кодируя их в состояния фотонов — кубиты, и передает получателю, который, в свою очередь, декодирует полученную информацию. Квантовое распределение ключей позволяет легко обнаружить, были ли передаваемые данные скомпрометированы или имела ли место попытка взлома передаваемой информации.
Скорость генерации ключа — количество бит секретного ключа, генерируемая за одну секунду. Это основной параметр квантового распределения ключей. Скорость влияет на количество генерируемых ключей и на то, насколько эффективно ключи используются. В идеале количество бит ключа должно быть равно количеству бит сообщения — одноразовый блокнот. Но так как скорость генерации ключей — десятки бит в секунду, то используется компромиссная схема, например, один 256-битный ключ на несколько гигабайт информации. Российские системы квантового распределения ключей находятся в тройке мировых лидеров по скорости генерации ключей. На первом месте Toshiba — 300 кбит/с, на втором — QuantumCtek с 80 кбит/с и на третьем — отечественная компания QRate с 50 кбит/с. Далее идет idQuantique со скоростью 3 кбит/с.
Телепортация, квантовая — это передача квантового состояния на какое-либо расстояние при помощи двух составляющих: разделенной в пространстве запутанной пары и классического канала связи. Квантовое состояние разрушается в точке отправления при проведении измерения и воссоздается обратно в точке приема. При этом информация не передается быстрее скорости света, так как надо передать на сторону получателя два бита информации о результате измерения, но при этом можно передать квантовое состояние, для точного описания которого потребовался бы значительно больший объем информации. Еще одним примечательным свойством является то, что при телепортации само квантовое состояние остается неизвестным для того, кто проводит протокол телепортации.
Узлы доверенного приема-передачи. Для квантовых сетей более 100 км необходимо строить промежуточные доверенные узлы приема-передачи. В этих узлах производятся измерения фотонов, получение квантового ключа и дальнейшая его передача с помощью квантового ключа, сгенерированного на следующем пролете сети. Так как узел принимает квантовые ключи, он должен быть защищен от действий злоумышленника. Например в Китае построена сеть «Пекин — Шанхай», содержащая 32 промежуточных доверенных узла. В перспективе возможно сделать узлы полностью квантовыми, не требующими доверия, но для этого потребуется квантовый повторитель, устройство комбинирующее квантовую телепортацию и квантовую память, чтобы сохранять успешные попытки телепортации от узла к узлу.
Фотон — это частица света, самая распространенная элементарная частица во Вселенной. Фотоны можно представить как воздушные шары, наполненных водой. Волны на поверхности воды несут информацию, а получить эту информацию можно, лишь продырявив шар, то есть уничтожив фотон. Если на единичный фотон записать бит информации и отправить его получателю, по пути никто не сможет его незаметно прочитать — это гарантируется законами физики.
Хранение данных, распределенное — уровень защиты информации. Если вы разделите информацию между пятью узлами, и кто-то получит доступ меньше, чем к половине, например, к двум узлам, то он не сможет ничего восстановить из вашей информации. Но если у вас будет доступ к трём узлам, то вы сможете восстановить полную информацию, даже если два других окажутся уничтожены, например, сгорят в пожаре. Таким образом, с помощью квантовых коммуникаций можно решить задачи не только защиты передачи, но и защиты хранения.
Цайлингер, Антон — австрийский физик, известный работами в области квантовой информации и впервые осуществивший квантовую телепортацию с использованием фотонов. В 2010 году Цайлингер совместно с Джоном Клаузером и Аленом Аспе стали лауреатами премии Вольфа по физике «За фундаментальный концептуальный и экспериментальный вклад в основы квантовой физики, в частности за серию возрастающих по сложности проверок неравенств Белла с использованием запутанных квантовых состояний».
Частота фотона — его спектральная характеристика. Очень важна при определении, через какую среду отправлять фотон и как его детектировать. В случае оптоволокна наилучшая частота является примерно 190 терагерц, что соответствует длине волны в 1 550 нм. Для детектирования такого фотона используются детекторы на основе Арсенида Галлия. Для атмосферы обычно используют вдвое меньшую частоту, так как, помимо окна прозрачности, для этой частоты подходят более эффективные кремниевые детекторы.
Шифратор, квантово-криптографический осуществляет действия по высокоскоростному шифрованию, передаче и приему информации, а также поддерживает функцию получения квантовых ключей от системы квантового распределения ключей.
Энтропия — определяет уровень хаоса, а также является мерой количества информации. В теории информации вводится также понятие взаимной энтропии между двумя участниками коммуникации, которая используется для расчета энтропии взаимосвязанных систем (энтропии совместного появления статистически зависимых сообщений). Понятие энтропии широко используется при анализе передачи данных, в том числе доказательстве секретности квантового распределения ключей.
Юстировка оптики — процесс настройки оптической схемы. Важнейший параметр любого оптического прибора, особенно квантовой криптографии, которая очень чувствительна к настройке интерферометров и/или поляризационно зависимых элементов.
Яркость источника одиночных фотонов — вероятность того, что триггерный импульс, посылаемый на источник одиночных фотонов, приведет к появлению одиночного фотона. Скорость генерации одиночных фотонов можно определить как произведение яркости на частоту следования импульсов накачки.