Китайські дослідники за допомогою лазерів успішно заплутали між собою атоми на відстані 11 км у згорнутій оптоволоконній мережі. Вони вперше продемонстрували можливість практичної реалізації незалежного від обладнання квантового розподілу ключів (DI-QKD) на значних відстанях.

Наразі існує занепокоєння, що за допомогою потужних квантових комп'ютерів можна буде легко зламати наявні протоколи шифрування та отримати доступ до конфіденційної інформації. Однак теоретично захистити від цього може протокол шифрування на основі заплутаних квантових частинок, відомий як автономний квантовий розподіл ключів (DI-QKD). Він може зробити обладнання невразливим до зламів.

Китайські науковці вперше продемонстрували успішну реалізацію цієї технології на значних відстанях. Їхнє досягнення фактично прокладає шлях до безпечного квантового інтернету. Більшість криптографічних систем базуються на простому принципі. Вони шифрують повідомлення відповідно до секретного коду, розшифрувати який можливо лише з допомогою спеціального ключа. Мета полягає у тому, щоб запобігти ймовірності розшифровки або перехопленню цього ключа під час його передачі.

Спосіб квантового розподілу ключів (QKD) передбачає, що вони кодуються за допомогою заплутаних квантових частинок, наприклад, фотонів. Квантові стани таких частинок неможливо відстежити, оскільки вони спотворюються у разі спроби виміряти їх. Швейцарська компанія ID Quantique використовує цей метод у квантових мережах протяжністю в сотні кілометрів для захисту таких даних, як системи голосування та підрахунку голосів під час виборів або банківські переводи. Однак навіть він не ідеальний. Якщо обладнання, яке використовується для передачі частинок, має вразливості, виникає можливість зламати систему та отримати доступ до конфіденційної інформації.

Натомість технологія DI-QKD, у якій розподіл ключів не залежить від обладнання, усуває ймовірні вразливості апаратного забезпечення. Якщо дві частинки максимально заплутані, то жодна інша не може приєднатись до цього зв'язку. Коли відправник та отримувач заплутують пару частинок у мережі, кожен з них може провести тести, які підтвердять сильну кореляцію властивостей частинок, що значно перевищує випадковість. Таким чином вони можуть бути впевнені, що окрім них ніхто не перебуває у мережі. Інші виміри заплутаних частинок можуть встановити ключ, який потім можна передати з гарантією, що ніхто його не перехопить.

Цзянь-Вей Пан та його колеги з Китайського університету науки та технологій протягом 26 днів збирали інформацію та отримали статистичні дані для встановлення та передачі ключа на відстань у 11 км. Дослідники стверджують, що теоретично та за наявності 23 років для збору даних можна було б передати ключ на відстань до 100 км.

На кожному кінці згорнутої оптоволоконної мережі науковці захоплювали атом рубідію та стабілізували його за допомогою лазерів. Вони змушували атоми випускати поодинокі фотони, які заплутували розділені атоми. Нарешті, вони змістили довжину хвилі фотонів у телекомунікаційний діапазон, який міг ширитись далі по оптоволокну.

Експерти пояснюють, що наразі DI-QKD залишається складною і вартісною технологією, до практичного застосування якої щонайменше ще 10 років. Однак це дуже значний крок на шляху до запровадження квантового інтернету. Водночас фізик з Університету Інсбрука Трейсі Нортап працює над розробкою квантового розширювача сигналу, який би послідовно об'єднував DI-QKD-з'єднання на відстані у тисячі кілометрів.

Китайські дослідники під керівництвом Цзянь-Вей Пана натомість планують вивчити можливості створення протоколу DI-QKD з використанням супутників. Науковці сподіваються, що поява квантового інтернету стане гарантією захисту конфіденційної та чутливої інформації.