Интернет для фотонов

комментировать
версия для печати

Создана первая в мире компьютерная сеть, коммуникации в которой защищены с помощью квантовой криптографии. Сеть Quantum Net уже начала работу в Кембридже. Уникальный проект финансируется Пентагоном.

Как сообщает журнал New Scientist, в настоящее время сеть состоит всего из шести серверов, но они вполне могут быть интегрированы в инфраструктуру современного интернета и устанавливать нормальную коммуникацию с обычными серверами и клиентами. Если технология подтвердит свою жизнеспособность, то все больше банков, интернет-магазинов и прочих коммерческих организаций будут устанавливать собственные квантовые крипто-серверы для надежного обмена данными между собой.

Ни одна из существующих систем шифрования не может сравниться с квантовой по надежности. Информация здесь шифруется ключами, которые генерируются с помощью обмена сериями единичных поляризованных фотонов. Поляризованный или «связанный» фотон невозможно перехватить даже теоретически, поскольку любая попытка перехвата приведет к нарушению его квантового состояния — это один из фундаментальных законов квантовой физики.

Если адресаты связаны прямым соединением, то они могут без особых проблем обменяться фотонами, сгенерировать ключи и совершить защищенную транзакцию. Так, еще в апреле 2004 г. была осуществлена первая в мире квантовая финансовая транзакция — перевод денег с одного счета на другой — между двумя австрийскими банками.

Но для осуществления коммуникации по принципу «каждый с каждым» в распределенной сети требуется специальная система для маршрутизации фотонов. Это принципиально более сложная задача. Требуется оборудование для их детектирования и пересылки в нужном направлении, как обычные маршрутизаторы поступают с обычными TCP-пакетами. Нужен специальный «интернет для фотонов». Именно такая сеть и создается в Кембридже на деньги, полученные от пентагоновского научно-исследовательского агентства DARPA.

Во время опытной эксплуатации Qnet данные были отправлены в квантовую сеть по обычному оптоволоконному кабелю длиной 10 км. Программируемые оптические переключатели, сделанные из кристаллов ниобата лития, выполняют в Qnet роль маршрутизаторов, и они направили движение фотонов по правильному оптоволокну.

Хотя ни один метод шифрования не может сравниться с квантовым по степени защищенности от перехвата, но даже он не обеспечивает 100%-ную гарантию. В любой реальной системе всегда можно найти слабые места, и об этом рассуждает Чип Эллиотт (Chip Elliott), руководитель квантового подразделения компании BBN Technologies из Кембриджа. Он приводит такой пример: лазер может случайно сгенерировать и выпустить в сеть больше одного фотона — такое иногда случается. Злоумышленник теоретически может перехватить этот фотон и расшифровать ключ, хотя никому пока не удавалось такое осуществить. Кроме того, сами математические алгоритмы генерации ключей потенциально уязвимы — какой-нибудь будущий нобелевский лауреат по математике может найти способ находить простые множители огромных чисел без использования фантастических вычислительных ресурсов. Ведь пока что никто не доказал, что это теоретически невозможно.

Но сегодня квантовая криптография остается самым надежным способом для защищенной коммуникации. К сожалению, пока что это слишком дорогое удовольствие, потому что все необходимое оборудование изготавливается учеными вручную. Кроме того, из-за затухания сигнала максимальная дистанция передачи фотона по оптоволокну теоретически не превышает 50 км (рекорд равен 20 км), и пока непонятно, как решить эту проблему. Возможно, поляризованные фотоны будут передавать по воздуху, через спутники, а в качестве детекторов будут использоваться телескопы. Опыты уже начались. В любом случае, у фотонов будет свой интернет!

Другие