Объем мирового рынка квантовых коммуникаций в 2023 году составил $690 млн, согласно оценке аналитической компании Market Digits Hyperion Research. Аналитики полагают, что среднегодовые темпы роста составят 20,2% до 2030 года.

Через 10–15 лет квантовая связь станет таким же обязательным элементом цифровой инфраструктуры, как защита от вредоносных программ, установленная на каждом компьютере, уверены в РЖД. Основными потребителями квантово-защищенной передачи информации станут государственные и финансовые организации, владельцы объектов критической информационной инфраструктуры в области энергетики и ТЭКа, транспорта, здравоохранения, связи, оборонной промышленности.

За пять лет в компании разработали технические решения для магистральной инфраструктуры квантовых коммуникаций, обеспечивающих защищенную передачу данных в корпоративных сетях: архитектурные решения, оборудование, программное обеспечение, система доверенных узлов, система мониторинга, рассказали в пресс-службе компании.

В перспективе телеком-операторы смогут предоставлять защищенные услуги по передаче информации по квантово-защищенным каналам коммуникации клиентам, находящимся в разных регионах страны. В 2024 году к квантовой сети будут присоединены Сочи, Екатеринбург и Челябинск, следует из материалов на стенде РЖД, представленном на ВЭФ-2023.

Как это работает

Квантовая связь имеет важное значение для криптографии, объяснил кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Центра квантовых технологий физического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова Станислав Страупе. Наиболее устойчивой к взлому является защита секретности ключа законами квантовой механики, а не математическими алгоритмами, как в протоколах с открытым ключом.

Последние используются в повседневной жизни, например для защищенных банковских трансакций или кодировки сообщений в мессенджерах. Когда появится мощный квантовый компьютер — ожидается, что это произойдет в ближайшие семь-десять лет, информация, защищенная с помощью современных средств криптографии, может быть расшифрована, объяснил руководитель группы квантовых информационных технологий Российского квантового центра Алексей Федоров.

В квантовых коммуникациях информация передается закодированной в квантовых состояниях фотонов. Квантовые частицы могут быть любыми, но удобнее всего использовать кванты света ― фотоны, объясняет ведущий научный сотрудник ИТМО Алексей Сантьев. В идеальных условиях передаются одиночные фотоны, но на практике добиться такого разделения сложно, но все равно передаются очень слабые световые импульсы. При этом каждый фотонный импульс кодируется независимо от остальных. Для передачи подходят волоконно-оптические линии связи.

Квантовая связь позволяет надежно защитить чувствительную информацию, потому что перехватить фотон, скопировать или удалить его и остаться незамеченным нельзя: вмешательство злоумышленника обязательно будет обнаружено. Добиться этого позволяют так называемые протоколы квантового распределения ключей (КРК).

Квантовые скрепы

Сейчас в России создаются квантовые сети, основанные на принципе доверенных промежуточных узлов: на смежных сегментах сети расположены отдельные системы, формирующие не связанные между собой квантовые ключи, объясняет Алексей Сантьев. Впоследствии эти ключи применяются для защищенной передачи других ключей, называемых квантово-защищенными, между не связанными между собой напрямую узлами квантовой сети.

Такой подход используется для преодоления максимальной дальности квантового канала в одной системе КРК, которая составляет порядка 100 км. Принцип доверенных промежуточных узлов позволяет строить квантовые сети любой дальности и произвольной топологии.

Первой такой сетью стал пилотный участок магистральной квантовой сети между Москвой и Санкт-Петербургом протяженностью около 800 км. В рамках проекта, реализуемого РЖД, были заложены основные архитектурные решения и принципы, позволяющие создавать магистральные квантовые сети. В составе оборудования были использованы пригодные для магистральной инфраструктуры системы КРК производства компании «СМАРТС-Кванттелеком» и шифраторы компании «Амикон».

Кроме того, сотрудники ИТМО решили другую важную задачу: организовали систему управления и мониторинга инфраструктуры квантовых сетей. Впоследствии с опорой на эти же подходы РЖД реализовала сегмент квантовых сетей между Москвой и Нижним Новгородом, работоспособность которого была продемонстрирована президенту России Владимиру Путину в рамках форума будущих технологий «Вычисления и связь. Квантовый мир» в июле 2023 года. Сейчас в рамках «дорожной карты» планируется запуск новых сегментов квантовых сетей.

Коммерческие решения для квантовой связи уже есть и вполне доступны, некоторые из них уже сертифицированы регулятором, так что могут реально использоваться для защиты данных

Для дальнейшего развития технологии необходимо преодолеть целый ряд сложностей, полагает Алексей Сантьев. Первый блок вопросов связан с увеличением импортонезависимости систем КРК. В ИТМО уже реализовали проект Минпромторга России по созданию образца системы КРК на основе отечественной компонентной базы.

Второй блок связан с развитием нормативной основы применения квантовых сетей для обеспечения защищенной передачи данных в случаях, когда в соответствии с законодательством РФ должны использоваться сертифицированные средства криптографической защиты информации. В прошлом году правительство утвердило концепцию регулирования отрасли квантовых коммуникаций до 2030 года, также технология квантовых коммуникаций получила упоминание в утвержденной правительством стратегии развития отрасли связи до 2035 года. По мнению Алексея Сантьева, это были первые шаги в закреплении правового статуса квантовой связи.

В начале февраля этого года Росстандарт утвердил два стандарта в области квантовых коммуникаций, разработанных РЖД совместно с Техническим комитетом 194 «Кибер-физические системы», Сколтехом (входит в группу ВЭБ.РФ), а также ИТМО. Они вступили в силу и будут действовать до 2027 года.

Документы устанавливают требования к архитектуре и интерфейсам подключения типового программно-аппаратного комплекса распределения ключей, выработанных сетью КРК. В РЖД отметили, что новые стандарты позволят внедрять квантовые технологии в банковском секторе, сфере телекоммуникационных технологий и транспорта, промышленном интернете вещей, в потребительских «умных» системах. Кроме того, они обеспечат доступность квантовых ключей и квантовой защиты информации для решения большого перечня практических задач, стоящих перед национальной экономикой.

«В ближайшие два года, в том числе благодаря совместной с участниками экосистемы квантовых коммуникаций работе по формированию нормативной базы и утверждению стандартов, мы сможем прийти к созданию сервиса оператора связи, клиентских мультивендорных сетей и элементов квантового интернета», — рассказал заместитель генерального директора — главный инженер ОАО РЖД Анатолий Храмцов.

Коммерческие решения для квантовой связи уже есть и вполне доступны, некоторые из них уже сертифицированы регулятором, так что могут реально использоваться для защиты данных, добавил Станислав Страупе. Вопрос внедрения, на его взгляд, находится скорее в плоскости экономической целесообразности. Пока что технология достаточно дорогая, особенно детекторы одиночных фотонов. Кроме того, лавинные фотодиоды (преобразуют свет в электросигнал), которые используют в большинстве систем, не производятся массово в России, что тоже не способствует снижению стоимости решений. И это еще вопрос, будут ли конечные потребители продукции считать целесообразным внедрение таких систем в своей практике, полагает эксперт.