量子网络:俄罗斯和国外正在开发什么

上一篇文章中,我们讨论了量子网络的前景以及其开发人员面临的挑战。 今天,我们将告诉您国内外研究人员正在从事哪些项目。 如果您对该主题感兴趣,我们邀请您来关注。


/ Flickr / Groman123 / CC BY-SA

在哪里以及为什么需要量子网络


量子网络中的数据交换使用称为量子位的极化光子进行。 此类网络无法被“窃听”,因为量子位非常脆弱,读取时值会发生变化。 结果,通过安全通道交换数据的各方可以立即识别出MITM攻击。 在这种情况下,量子纠缠现象使人们可以了解远距离量子粒子的性质变化。 此功能可用于同时在两个点生成随机数。

由于这些原因,量子网络已经发现在密码密钥分配和生成系统中的应用。

国外发展


量子密码密钥分发系统的开发由许多欧洲国家以及美国,中国和其他国家进行。

量子网络的第一版工作稿由DARPA (美国国防部办公室)于2001年制定。 它是由以前参与ARPNET实施的同一组织创建的。 现在,量子网络已部署在马萨诸塞州,并与数个科学和军事组织相连。

一段时间后,第一个商业解决方案出现在量子密码学领域。 在2002年, MagiQ Technologies的Navajo系统首次面世 ,NASA使用了该系统。 该系统使用BB84量子密钥分发协议 。 该协议假定通信节点具有两个连接:光纤(量子),可通过其交换加密密钥;以及经典的Internet连接,用于数据传输。 今天使用这种方法。

在2000年代初期,欧洲研究人员还致力于量子密码技术。 SECOQC项目就是一个例子,该项目旨在维护欧盟国家的国家安全。 2004年,欧盟对该项目投资了1100万欧元,并于2008年在维也纳启动了该网络。

当时,研究人员遇到的主要问题是难以长距离传输纠缠的量子比特。 特别是,MagiQ量子网络的长度限制为30公里。

外部环境的影响破坏了量子(这种影响称为退相干 )。 该效应也是难以长期保持量子粒子的“纠缠”状态的原因。

如今,正在积极进行开发以解决这一难题。 特别是,荷兰代尔夫特研究所(Delft Institute)的工作人员正在研究中继器 ,以帮助扩大网络。 为了进行测试,他们在代尔夫特市和海牙之间铺设了一个十公里的量子网络。 稍后-到2020年-它应该连接四个欧洲城市。

另外,一些国家正在努力实施卫星量子密码密钥分配系统。 例如,去年,中国工程师在从太空传输数据时进行了历史上的首次量子隐形传态

使用激光将光子传播到地面。 为了减少退相干对透射量子粒子的影响,该卫星被发射到500公里的轨道上。 因此,光粒子在真空中克服了路径的很大一部分。 同时,由于将接收站放置在西藏海拔4公里以上的高度,因此减少了大气的影响。 今年早些时候,北京科学院的员工使用该卫星进行了量子电话会议


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你在俄罗斯好吗


量子网络和量子密钥分配的实验也在俄罗斯进行。 据信,我国第一个量子网络(或称线路)是由ITMO大学的研究人员在该大学的两座大楼之间铺设的。

几年后,这些专家与喀山量子中心的同事一起,在俄罗斯联邦启动了第一个多节点量子网络 。 总共有四个节点,它们彼此相距40 km。 研究人员目前正在建立从喀山到Naberezhnye Chelny的网络,并正在与对采用技术实施加密通信感兴趣的金融机构进行谈判。

另一个发展实例-2016年,来自俄罗斯量子中心(RCC)的物理学家在该市建立了第一个量子网络。 光纤电缆在莫斯科的两个银行分支机构之间延伸,彼此之间相距30公里。 现在,来自RCC的专家正在研究一条250公里的量子通信线路。 它将运行在RCC的办公室,斯科尔科沃技术园和Sberbank数据中心之间。 该网络将分为十个部分,总长80公里。 在网络的某些部分,计划使用红外激光传输数据。

可以预期,现在由金融,科学和政府机构赞助的项目最终将允许组织更大的量子网络。



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Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN432214/


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