Самарский университет им. Королёва присоединился к Межуниверситетской квантовой сети

Самарский университет им. Королёва подключился к Межуниверситетской квантовой сети (МУКС), став пятым по счету вузом России, вошедшим в этот проект в качестве абонента сети. Данная квантовая сеть объединяет ряд ведущих университетов и научных организаций России и должна стать важным инфраструктурным полигоном для тестирования и развития в нашей стране технологий квантовых коммуникаций, позволяющих создавать каналы связи с защитой информации на физическом уровне. Такие закрытые линии связи необходимы, в первую очередь, государственным структурам, центрам обработки данных (ЦОДам), объектам критической инфраструктуры, крупным транспортным компаниям и промышленным предприятиям.

"Самарский университет им. Королёва стал пятым по счету российским вузом, присоединившимся к Межуниверситетской квантовой сети. Вместе с нами в этом проекте сейчас пять вузов из Москвы, Санкт-Петербурга и Нижнего Новгорода. Проект реализует Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт", он обеспечивает работу сети. В нашем университете установлено специальное телекоммуникационное оборудование, оно подключено и работает в штатном режиме. В ближайшей перспективе планируется проведение научно-исследовательских работ, посвященных особенностям практического применения телекоммуникационных систем с квантовой защитой информации. Самарский университет обладает значительными компетенциями в области оптических информационных технологий", – рассказал Владимир Павельев, доктор физико-математических наук, заведующий кафедрой наноинженерии Самарского университета им. Королёва.

Как пояснил ученый, квантовая сеть представляет собой закрытую систему связи, информация в которой защищена не с помощью какого-нибудь сложного шифра, а на физическом уровне, с использованием фундаментальных законов квантовой физики. Данные в квантовой сети, передаваемые фотонами, то есть квантами света, защищены с помощью так называемого метода квантового распределения ключей. Этот метод основывается на известном физическом принципе: состояние фотона можно измерить только один раз, после чего оно необратимо меняется.

Это как фотопленка в классическом нецифровом фотоаппарате – если ее вытащить на свет, она будет засвечена, фотографии с нее отпечатать не получится, кроме того, сразу же будет понятно, что кто-то пытался получить к фотопленке несанкционированный доступ. Попав в чужие руки, квантовый ключ мгновенно меняет свои фотонные "бороздки", и открыть квантовый "замок" с его помощью становится уже невозможно, ключ, как говорят специалисты, становится скомпрометированным.

Канал квантовой связи, как правило, состоит из двух волоконно-оптических линий: по одной передается информация, а по другой отправляется ключ в виде малофотонного излучения с определенным состоянием фотонов. Как говорят физики, еще лет 20 назад эта технология походила на фантастику, а сейчас это просто реальность. Понятно, что практическая реализация квантовых коммуникаций сопряжена со своими проблемами, с которыми при эксплуатации квантовых сетей нужно будет научиться справляться, чем и займутся российские ученые в рамках МУКС.

Например, квантовые сети чувствительны к перепадам температуры, а наш климат местами достаточно контрастен. Кроме того, возникают сложности при передаче квантового сигнала на большие расстояния: чтобы избавиться от влияния помех и потери мощности, сигнал нужно усиливать, используя так называемые повторители, репитеры. Однако каждый такой узел усиления на линии связи несет в себе потенциальную угрозу взлома сети и раскрытия передаваемой информации. Задача исследователей – минимизировать эти риски, разработав максимально защищенные репитеры.

Оборудование, с помощью которого университет подключился к МУКС, отечественного производства, оно разработано и изготовлено предприятиями группы компаний "СМАРТС". Кроме коммуникационного оборудования, в университете также установлен уникальный обучающий стенд по квантовым технологиям, разработанный компанией "СМАРТС-Кванттелеком". Стенд, получивший название "Суперквант", приобретен университетом в рамках программы "Приоритет 2030".

"На этом стенде студенты могут наглядно изучать физические принципы защиты информации с помощью квантового распределения ключей. Здесь можно проводить лабораторные работы, ставить эксперименты. Следует подчеркнуть, что цель проекта Межуниверситетской квантовой сети – это не только обкатка и дальнейшее развитие квантовых технологий, проведение научных исследований и экспериментов. Пожалуй, важнейший компонент этого проекта – образовательный, это обучение и подготовка будущих специалистов в области квантовых коммуникаций", – подчеркнул Владимир Павельев.

Подготовку бакалавров в области квантовых коммуникаций Самарский университет им. Королёва ведет с сентября 2024 года, а в 2025 году планируется также открыть новую магистерскую образовательную программу "Квантовые коммуникации и интегральная фотоника". Кроме того, в университете сейчас готовится программа дополнительного профессионального образования по квантовым коммуникациям для сотрудников промышленных и транспортных предприятий.

"Обе эти образовательные программы – бакалаврская и магистерская – разработаны в рамках направления "Прикладные математика и физика" (ПМФ). Это не инженерное направление, а, скорее, исследовательское. Образовательные программы разработаны и реализуются совместно со специалистами группы компаний "СМАРТС". Наша задача – готовить не эксплуатантов оборудования, а специалистов, которые смогли бы совершенствовать существующие технологии и разрабатывать новые, в том числе новую элементную базу и программно-аппаратное обеспечение. Кстати, многие наши отечественные ученые, работающие в сфере квантовых коммуникаций, рассматривают Межуниверситетскую квантовую сеть как будущую базу, основу для развития в России квантового Интернета, с распределенным вычислением на квантовых компьютерах и распределенной сетью квантовых сенсоров. Пока что идея квантового Интернета выглядит фантастичной, однако не будем забывать, что еще не так давно и квантовые сети тоже казались фантастикой", – отметил Владимир Павельев.

Справочно

В ноябре 2024 года Самарский университет им. Королёва вошел в научно-образовательный консорциум по развитию и применению Межуниверситетской квантовой сети. Соответствующее соглашение было подписано в рамках IV Конгресса молодых ученых. В числе других участников консорциума – НИЦ "Курчатовский институт", Фонд поддержки научно-проектной деятельности студентов, аспирантов и молодых ученых "Национальное интеллектуальное развитие" (входит в состав компании "Иннопрактика"), Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Московский технический университет связи и информатики, Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Национальный исследовательский университет ИТМО в Санкт-Петербурге, Казанский научный центр РАН.

Фото: Олеся Орина