Квантовые связи действуют на расстоянии. Российские физики запустили первую "городскую" линию квантовой связи

Источник: РИА Новости

На днях стало известно о том, что Роскомнадзор запретил сторонним компаниям собирать и использовать информацию пользователей социальной сети «Вконтакте». Имеется в виду информация, которая находится в открытом доступе. Обычно считается, что если информация открыта, то ее могут собирать и использовать все желающие. И действительно, согласно закона «О персональных данных» допускается обработка персональных данных (ПД), доступ к которым предоставил сам их владелец, о чем сообщили «Известия».

В то же время, ст. 9 того же закона указывает на то, что обработка данных пользователей социальных сетей возможна только с их согласия. «В соответствии с пунктом 5.12 пользовательского соглашения сети «Вконтакте» пользователь дает согласие только на доступ к информации, которую он размещает на персональной странице, в том числе к своим персональным данным. Согласия на сбор, обработку и передачу третьим лицам пользователь не дает», - заявили в пресс-службе Роскомнадзора.

Более того, если пользователь не дал своего явного согласия на обработку своих данных, то они не могут храниться, обрабатываться и передаваться. В Роскомнадзоре также заметили, что если подобная практика существовала ранее, то ее нужно прекратить.

В принципе, социальные сети относительно давно стали более внимательно следить за тем, кто и каким образом использует данные пользователей таких ресурсов. Например, в марте этого компания Facebook решила запретить использовать информацию, выкладываемую своими пользователями, третьей стороной для отслеживания поведения людей. В компании считают, что люди, которые зарегистрировались в соцсети, должны чувствовать себя защищенными, быть уверенными в том, что их информацию не использует в каких-либо целях кто-то еще.

Во «Вконтакте» пошли даже дальше. В самом начале этого года социальная сеть подала в суд на несколько компаний, которые решили искать профили своих клиентов в социальной сети и по содержимому страничек определять платежеспособность. Интересно, что при этом не ставилась цель получить компенсацию - сумма исковых требований социальной сети составила всего 1 рубль. То есть речь шла именно о том, чтобы положить конец подобной практике.

Тем не менее, у такой точки зрения есть и противники. «Либо надо сразу ограничивать доступ к этим данным, либо дать всем возможность их использовать. Сейчас же ситуация напоминает случай, когда человек повесил на забор фотографию, но запретил на нее смотреть. Любая компания может использовать общедоступные данные. И неважно, что именно сказано в пользовательском соглашении соцсети, сторонние компании этим соглашением не связаны. Кроме того, сама соцсеть не сможет проконтролировать, кто собирает данные ее пользователей», - заявил замдиректора Координационного центра национального домена сети интернет по правовым вопросам Сергей Копылов.

Как бы там ни было, а Роскомнадзор по этому поводу уже высказался, так что, скорее всего, всем остальным придется подчиниться.

"Думаю неплохо бы добавить следующее: (Проверено на себе)
3. На основании п.1 ст. 14 Федеральный закон от 27.07.2006 N 152-ФЗ (ред. от 21.07.2014)
"О персональных данных" (с изм. и доп., вступ. в силу с 01.09.2015) ТРЕБУЮ уничтожить мои персональные данные, как незаконно полученные и не являющимися необходимыми для заявленной цели обработки."

"ЗАЯВЛЕНИЕ о запрете использования и передаче персональных данных без моего согласия, в нарушение требований Федерального Законодательства и с целью причинения имущественного вреда."

"А если у Вас есть медсправки о причинении Вам моральных страданий и возникших болезней в результате Ваших переживаний от Ваших ПД в ЕПД,то это ОГРОМНОЕ подспорье.Вот только как их поиметь -другой вопрос.Поэтому Вы уже ведь просто написали и о имущественных и о моральных о физических вредоносных факторах от ПД."

"ст.155 ЖК РФ
16. При привлечении лицами, указанными в части 15 настоящей статьи, представителей для осуществления расчетов с нанимателями жилых помещений государственного и муниципального жилищных фондов, собственниками жилых помещений и взимания платы за жилое помещение и коммунальные услуги согласие субъектов персональных данных на передачу персональных данных таким представителям не требуется. Один пункт в статье перечеркивает целый закон 152 ФЗ."

"...КОГДА НИ ОДИН федеральный закон не исполнен, то ответ прокуратуры - ОТПИСКА, укрывающая сведения о нарушениях, а это - признак мошенничества в органах прокуратуры."

"Подписывая СОГЛАШЕНИЕ, Вы тем самым заключаете договор о правоотношениях. Любая бумажка двух лиц- это и есть договор. Новые термины только вводят в заблуждение. В этом - цель мошенников. Подбросив в почтовый ящик лист макулатуры с некими цифрами - Вам предлагают оферту (ДОГОВОР на оплату). Проплатили- значит согласились и СЧИТАЕТСЯ, что заключили договор с УК."

"Вам ответило то должностое лицо, к которому Вы обращались?
Если нет. Пишите не опровержение на отписку, а заявление в полицию под талон О ДИСКРИМИНАЦИИ ВАШИХ ПРАВ ЛИЦОМ, которое ВАМ НЕ ОТВЕТИЛО. Читайте закон №59. То лицо, к которому обратились обязано ДАТЬ ответ по существу и в установленный срок. никто ФЕД.закон НЕ ОТМЕНИЛ."

"Также прошу предоставить объяснения по следующим фактам:
1. наличие в распоряжении Вашей организации моих персональных данных (ФИО, паспортные данные, адрес, номер домашнего телефона) в отсутствие каких-либо ранее имевшихся установленных правоотношениях и моего самоличного их предоставления;
2. осуществления действий, связанных с хранением, обработкой, в том числе и автоматизированным способом, моих ПД, которые доступны сотрудникам организации посредством их наличия в компьютерной базе данных, в отсутствие на то моего согласия;
3. передачи моих персональных данных третьим лицам, МФЦ, в отсутствие на то моего согласия.
Также настоящим заявляю свое требование о прекращении любых действий, связанных с хранением, обработкой, распространением, передачей и пр. моих персональных данных.
Требую уничтожения моих ПД с предоставлением в мой адрес подлинного экземпляра"

"Акта об уничтожении персональных данных как на бумажных, так и электронных носителяхй с указанием наименований, номеров или ID баз данных, наименований, номеров или ID записей в базе данных, наименований, номеров или ID носителей данных. К Акту необходимо приложить должным образом свидетельствованную копию приказа руководителя организации о назначении комиссии для уничтожения ПД. В нашем заявлении мы написали так. Может пригодиться."

"Полагаю необходимым добавить к изложенному Ю.Лебедем.
В силу отсутствия договора между мной, как собственником, ПУКой, как коммерческой структурой согласия как собственник квартиры, и как Гажданин по Конституции в отсутствие договора своего согласия на обработку персональных данных не давал.
Поскольку правоотношений в виде договора у вас со мной нет, и никогда не было, то вы, как коммерческая структура нарушаете мои права, как собственника, как Гражданина.
У нас всегда права Гражданина охраняются государством.
Статья 23
1. Каждый имеет право на неприкосновенность частной жизни, личную и семейную тайну, защиту своей чести и доброго имени.
2. Каждый имеет право на тайну переписки, телефонных переговоров, почтовых, телеграфных и иных сообщений. Ограничение этого права допускается только на основании судебного решения.
Статья 24
1. Сбор, хранение, использование и распространение информации о частной жизни лица без его согласия не допускаются.
2. Органы государственной власти и органы местного самоуправления, их должностные лица обязаны обеспечить каждому возможность ознакомления с документами и материалами, непосредственно затрагивающими его права и свободы, если иное не предусмотрено законом.
В данном случае мы, как частные лица согласия на обработку данных не давали ч.1 ст. 24 Конституции. Примерно так..."

"В соответствии с Положением "О Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций", утвержденного Постановлением Правительства Российской Федерации от 16.03.2009 N 228 и Административным регламентом проведения проверок Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций при осуществлении федерального государственного контроля (надзора) за соответствием обработки персональных данных требованиям законодательства Российской Федерации в области персональных данных, утвержденным Приказом Роскомнадзора № 312 от14.11.2011 г., просим Вас, на основании изложенного
1. Провести проверку, возбудить административное производство и привлечь должностных и юридических лиц ООО «»
к административной ответственности, предусмотренной статьёй 13.11 КоАП за нарушение установленного законом порядка сбора, хранения, использования или распространения информации о гражданах (персональных данных).
2. Провести дополнительную проверку законности получения компанией ООО «» разрешения на работу с персональными данными нанимателей жилых помещ
3. В случае обнаружения нарушений приостановить действие разрешения на работу с персональными данными.
4. Проверить порядок направления платежных документов жителям домов, находящимся на обслуживании ООО
5. При выявлении признаков уголовно-наказуемых деяний передать материалы в следственные органы......области.
Это я писала в РОСКОМНАДЗОР. Ответ опубликовала ранее. Сами то ли провели проверку, то ли не провели. Так и непонятно.(Хотела потребовать разъяснений...так как много противоречий)
Правда РКН отправили в Управление МВД, те в УБЭП, те в какой-то 6отдел."

Запрет на использование персональных данных (версия 2)

2. Заявление в РосКомНадзор чтобы погладили ПУКу против шерстки.

"не поздно я собралась писать заявление по вымогательству и можно ли его писать сразу в суд???"

"В органы полиции.по своему опыту я вижу что мой отдел полиции меня игнорит страшно. Я подавал на него в суд по ст.125 УПК. Суд включил "дурку" - типа в календаре он ничего не понимает и сроки считать не умеет. Хотя все даты и обстоятельства суд определил верно. А вот вывод сделал совершенно "левый". Сейчас обжалую это решение в Верховном Суде РБ.
Я думаю, что сейчас я буду подавать заявления через сайт МВД, чтобы в полицию сверху спускалось мое заявление и мне письменно об этом сообшалось.И с момента сообщения я уже буду считать сроки и... и снова полицию тащить в суд и снова и снова выливать ведро помоев."

"Роскомнадзор проверил все мои доводы по передаче персональных данных и вынес определение о передаче всех материалов в отношении ТСЖ (в моем случае) в прокуратуру для принятия мер прокурорского реагирования и рассмотрения вопроса о возбуждении дела об административном правонарушении, ст.13.11 КоАп РФ - нарушение установленного законом порядка сбора, хранения, использования, распространения информации о гражданах (персональных данных). Посмотрим что отпишет прокуратура."

"Спросите ГЖИ как и на каком основании выдавалась лицензия, какие док-ы были предоставлены. попросите ознакомиться с реестром домов, которыми управляет."

Представьте себе такую линию связи, которую невозможно прослушать. Вообще никак. Что бы ни делал злоумышленник и кем бы он ни был, попытки взломать защиту к успеху не приведут. Устройства для такой передачи данных, использующей принципы квантовой криптографии, создают в ООО «Квантовые коммуникации» – малом инновационном предприятии при Университете ИТМО. Генеральный директор предприятия и руководитель университетской лаборатории квантовой информатики Международного института фотоники и оптоинформатики Артур Глейм участвовал в XII Международных чтениях по квантовой оптике (IWQO-2015) в Москве и подмосковном Троицке, где он выступил с докладом о квантовой рассылке ключа шифрования на так называемых боковых частотах. О том, как этот способ позволяет улучшить качество передачи данных и как вообще работают квантовые коммуникации, Артур Глейм рассказывает в интервью нашему порталу.

Что такое квантовая криптография и зачем она нужна?

Главная идея квантовой криптографии – передавать информацию таким образом, чтобы ее было нельзя перехватить. Причем это должно быть невозможно не потому, что алгоритмы шифрования слишком сложные, и не из-за того, что злоумышленник не располагает достаточно высокими вычислительными мощностями. Мы строим систему передачи данных так, что ее взлом противоречит законам физики.

Если мы управляем какой-то системой, которую потенциально может нарушить злоумышленник, нам нужно передавать данные доверенным образом. Это могут быть, например, решения, связанные с финансами, коммерческой тайной, государственными задачами и так далее. Квантовая криптография, квантовая связь и квантовые коммуникации решают задачу так, что перехватывать информацию ограниченного доступа запрещает сама природа. Сигналы передаются по линиям связи не в классическом виде, а с помощью потока одиночных фотонов. Фотон нельзя разделить или измерить, скопировать или незаметно отвести в сторону. Он из-за этого однозначно разрушается и не доходит до принимающей стороны.

Ключевой вопрос в том, как сделать это эффективно, так как мы используем не идеальную систему, а физические линии связи – оптическое волокно или открытое пространство. На пути к получателю на фотон может воздействовать много факторов, которые могут его разрушить. Так как мы говорим о практическом применении, нас интересует скорость передачи данных между такими системами и максимальное расстояние, на которое мы можем разнести узлы. Это основные предметы разработки различных подходов, идей и принципов построения систем квантовой криптографии: эффективность использования канала передачи данных, пропускная способность и уменьшение количества повторителей, а главное – наивысший уровень защищенности и безопасности канала. В основе квантовой криптографии лежит тезис о том, что злоумышленник может пытаться делать что угодно, использовать любые инструментарий и оборудование – хотя бы технику пришельцев, но перехватить данные он не должен. А на базовый принцип уже «накручиваются» технические решения.

На каких физических принципах основывается квантовая коммуникация?

Существует несколько схем реализации этих принципов, разные подходы, которые вносят свои возможности по увеличению скорости и дальности передачи сообщений. Системы квантовой криптографии давно производятся коммерческими компаниями. Но специалисты Университета ИТМО предложили новый принцип, который иначе формулирует понятие квантового состояния, «способа приготовления» фотона как порции излучения, чтобы он был более устойчивым к внешним воздействиям, система связи не требовала дополнительных средств организации устойчивой передачи и не несла в себе явных ограничений на скорость модуляции сигнала со стороны отправителя и получателя. Мы выносим квантовые сигналы на так называемые боковые частоты, это позволяет значительно расширить возможности по скорости и снять явные ограничения по дальности, присущие уже принятым схемам.

Чтобы понять, в чем отличие вашего метода, давайте все-таки начнем с принципов работы классических схем.

Обычно люди, когда строят системы квантовой связи, генерируют слабый импульс, эквивалентный или близкий к энергии одиночного фотона, и отправляют его по линии связи. Чтобы закодировать в импульсе квантовую информацию, проводят модуляцию сигнала – изменяют поляризацию или фазовое состояние. Если мы говорим про волоконно-оптические линии связи, для них более эффективно использовать фазовые состояния, потому что сохранять и передавать поляризацию они не умеют.

Вообще фаза фотона – это вульгаризм, который придумали экспериментаторы в области квантовой физики. Фотон – это частица, у нее нет фазы, но она является частью волны. А фаза волны – это характеристика, которая показывает некоторую отстройку состояния поля электромагнитной волны. Если представить волну как синусоиду на координатной плоскости, сдвиги ее положения относительно начала координат соответствуют некоторым состояниям фазы.

Говоря простыми словами, когда человек шагает, шаг – это процесс, который повторяется по кругу, у него тоже есть период, как у волны. Если два человека идут в ногу – фазы совпадают, если не в ногу – то фазовые состояния разные. Если же один начинает движение в середине шага другого, то их шаги находятся в противофазе.

Для того, чтобы закодировать в импульсе квантовую информацию, используют модулирующее устройство, которое сдвигает волну, а чтобы измерить сдвиг, мы складываем эту волну с такой же и смотрим, что получится. Если волны находятся в противофазе, то две величины накладываются и гасят друг друга, на выходе мы получаем ноль. Если же мы угадали, то синусоиды складываются, поле увеличивается и итоговый сигнал получается высокий. Это называется конструктивной интерференцией излучения, ее можно проиллюстрировать теми же человеческими шагами.

В начале прошлого века в Петербурге рухнул Египетский мост, когда по нему маршировал взвод солдат. Если просто взять сумму всех шагов, для того, чтобы разрушить мост, энергии не хватит. Но когда шаги попадают в такт, происходит интерференция, нагрузка повышается, и мост не выдерживает. Поэтому сейчас солдатам, если они переходят через мост, отдают команду сбить шаг – идти не в ногу.

Итак, если наши фазовые предположения совпали и сигнал усилился, значит, фазу фотона мы измерили правильно. В классических системах квантовой коммуникации используются распределенные интерферометры, и они определяют квантовую информацию по положению сдвига фазы волны. Воплотить это на практике сложно – линии связи могут греться и охлаждаться, может присутствовать вибрация, все это меняет качество передачи. Фаза волны начинает смещаться сама, и мы не знаем, то ли отправитель ее так «промодулировал», то ли это помехи.

А чем отличается использование боковых частот?

Наш принцип заключается в том, что мы отправляем в линию связи специальный спектр. Это можно сравнить с музыкой – в спектре мелодии много частот, и каждая оставляет за собой звучание. Здесь примерно то же самое: мы берем лазер, который генерирует импульсы только на одной частоте, пропускаем импульс через электрооптический фазовый модулятор. На модулятор подается сигнал на другой частоте, существенно более низкой, и в результате кодирование осуществляется не основной синусоидой, а параметрами вспомогательной синусоиды – ее частотой смены фазы, фазовым положением. Мы передаем квантовую информацию отстройкой дополнительных частот в спектре импульса относительно центральной частоты.

Такое шифрование становится куда более надежным, так как спектр передается по линиям связи одним импульсом, и если среда передачи вносит какие-то изменения, их претерпевает весь импульс целиком. Мы также можем добавить не одну дополнительную частоту, а несколько, и одним потоком единичных фотонов мы можем поддерживать, к примеру, пять каналов связи. В итоге нам не нужен интерферометр в явном виде – он «зашит» внутри импульса, нет нужды в схемах компенсации дефектов в линии, нет ограничений на скорость и дальность передачи данных, а эффективность использования линий связи – не 4%, как в случае с классическими подходами, а до 40%.

Этот принцип придумал главный научный сотрудник Центра информационных и оптических технологий Университета ИТМО Юрий Мазуренко . Сейчас кодирование квантовой информации на боковых частотах также развивают две ученые группы во Франции и Испании, но в наиболее развернутом и полном виде система реализована у нас.

Как теория воплощается на практике?

Все эти квантовые премудрости нужны для формирования секретного ключа – случайной последовательности, которую мы перемешиваем с данными, чтобы их в итоге было невозможно перехватить. По принципу действия системы для безопасной передачи эквивалентны VPN-роутеру, когда мы через внешний интернет прокладываем локальную сеть, чтобы в нее никто не ломился. Мы устанавливаем два устройства, у каждого из которых есть порт, который подключается к компьютеру, и порт, который «смотрит» во внешний мир. Отправитель подает данные на вход, устройство их шифрует и безопасно передает через внешний мир, вторая сторона принимает сигнал, расшифровывает и передает получателю.

Допустим, такое устройство покупает банк, его устанавливают в серверное помещение и используют как коммутатор. Понимать принцип работы банку не нужно – нужно только знать, что за счет основ квантовой физики получаются такие степень безопасности и доверия к линии, которая на порядок выше классических сред передачи информации.

Как именно происходит шифрование?

В устройствах стоит генератор случайных чисел (причем физический, не псевдо-ГСЧ), и каждое устройство задает квантовое состояние фотонов случайным образов. В квантовой коммуникации отправителя принято называть «Алиса», а получателя – «Боб» (А и Б). Допустим, Алиса и Боб выбрали квантовое состояние, соответствующее 0, фазы оптического излучения совпали, получился высокий уровень сигнала и детектор фотонов Боба сработал. Если Алиса выбрала 0, а Боб 1, фазы разные и детектор не срабатывает. Дальше приемная сторона говорит, когда фазы совпали, допустим, на первой, пятой, пятнадцатой, сто пятьдесят пятой передачах, в остальных случаях либо были разные фазы, либо фотоны не дошли. Для ключа мы оставляем только то, что совпало. И Алиса, и Боб знают, что у них совпали передачи 1, 5, 15 и 155, но что они при этом передавали – 0 или 1 – знают только они и никто больше.

Допустим, мы станем подкидывать монетки, а третий человек будет говорить, совпали у нас выпавшие стороны или нет. У меня выпала решка, нам сказали, что монетки совпали, и я буду знать, что у вас тоже выпала решка. То же и в квантовой криптографии, но с одним условием: третья сторона не знает, что именно у нас выпало – орел или решка, это знаем только мы. Алиса и Боб копят случайные, но одинаковые биты, накладывают их на сообщение и получают идеальный шифротекст: абсолютно случайная последовательность плюс осмысленное сообщение равно абсолютно случайная последовательность.

Почему у злоумышленника не получится взломать систему?

Фотон один, делить его нельзя. Если его убрать из линии, Боб ничего не получит, детектор фотонов не сработает, и отправитель с получателем просто не станут использовать этот бит в ключе. Да, злоумышленник может перехватить этот фотон, но бит, который в нем зашифрован, не будет использован в передаче, он бесполезен. Скопировать фотон тоже невозможно – замер в любом случае его разрушает, даже когда фотон измеряет легитимный пользователь.

Есть несколько режимов использования данных систем. Для того, чтобы получить идеальную защиту, длина ключа должна быть равна длине сообщения бит в бит. Но еще их можно использовать для того, чтобы существенно повысить качество классических шифров. Когда происходит смешение квантовых битов и классических шифров, стойкость шифров вырастает по экспоненте, существенно быстрее, чем если бы мы просто увеличивали количество разрядов в ключе.

Допустим, банк выдает клиенту карточку на доступ к онлайн-клиенту, срок жизни ключа в карточке – год (считается, что за этот срок ключ не будет скомпрометирован). Система квантовой криптографии позволяет на лету менять ключи шифрования – сто раз в секунду, тысячу раз в секунду.

Оба режима возможны, если нам необходимо передать предельно конфиденциальные данные. В таком случае кодировать их можно бит в бит. Если же мы хотим значительно повысить степень защиты, но сохранить высокую скорость передачи, то мы перемешиваем квантовые и классические ключи, и получаем оба преимущества – высокую скорость и высокую защиту. Конкретная же скорость передачи данных зависит от условий используемых шифров и режимов кода.

Беседовал Александр Пушкаш ,
Редакция новостного Университета ИТМО

Технологический прогресс в области телекоммуникаций не стоит на месте. Вроде только недавно высокоскоростной интернет стал добираться до самых отдаленных уголков нашей планеты, как уже ученные говорят про внедрение квантовой связи.

Что такое квантовая связь и как работает квантовая связь?

Квантовая связь – это совокупность методов для передачи закодированной информации в квантовых состояниях из одной точки в другую. Квантовая связь дает возможность передавать информацию в зашифрованном виде.

Главная идея квантовой криптографии заключается в полной зашифрованности сообщений, что делает невозможным ее перехват третьими лицами. Каждое передаваемое сообщение содержит свой уникальный секретный ключ. Причем абсолютная секретность передаваемой информации обеспечивается не вычислительными и техническими возможностями, а законами природы.

Сигналы передаются с помощью потока одиночных фотонов. Фотон невозможно разделить, измерить, скопировать или незаметно убрать. Из-за подобных действий фотон просто разрушается и не может дойти до своего получателя.

Применение квантовой связи: квантовые линии связи, спутник квантовой связи, квантовая телефонная связь

Сегодня связь на основе квантовой запутанности находит применение именно в тех сферах, где требуются особые условия безопасности, как например, в банковской сфере.

В России в 2016 году у нас была проложена первая в стране линия квантовой связи. Эта линия соединила 2 филиала Газпрома в Москве. А общая протяженность этой квантовой линии связи немного превысила 30 км.

А недавно была запущена и первая междугородная линия в Ленинградской области. Ее протяженность уже составила 60 км.

Но такая наземная связь не имеет глобальных масштабов. Расширить границы применения квантовой связи позволит спутник, на который возлагаются очень большие надежды. За счет применения спутника квантовой связи ученые рассчитывают увеличить реализацию схемы квантового распределения ключа до 7 тыс. км. А если подобных спутников будет множество, они смогут не только обеспечить глобальное распространение квантового интернета, но и квантовую связь в космосе.

Первый подобный спутник был запущен Китаем в 2016 году. Основной целью запуска китайского квантового спутника связи являлось изучение распределения квантовой связи по маршруту «Спутник-Земля». И уже были проведены успешные эксперименты, в рамках которых сигнал от Micius прошел через атмосферу и был принят двумя наземными станциями. В 2017 году было завершено тестирования спутника квантовой связи в Китае. Спутник введен в эксплуатацию.

А в 2017 году в МГУ был протестирован первый квантовый телефон. Помимо защищенности связи, ученные сообщают о том, что квантовому телефону абсолютно не страшны ни расстояния, ни погодные условия. В разработке такого телефона достигнута полная помехозащищенность.

Активно развивается квантовая связь и в Корее. Уже сейчас в Южной Корее готовятся к выпуску городских кроссоверов, снабженных такими телефонами. Считается, что квантовая телефонная связь вполне может вытеснить привычные нам сотовые телефоны.

Возможные проблемы квантовой связи

Квантовая связь только начинает свое развитие. А поэтому ученным и разработчикам приходится сталкиваться с некоторыми проблемами.

Основная проблема – это финансирование. Изучение и развитие линий квантовой связи требует больших вложений. Причем пока сеть до конца не изучена, отдачи от этих вложений практически не происходит. Но правительства стран прекрасно понимают, какие перспективы открывает квантовая связь, а поэтому не жалеют финансов на ее развитие.

Еще одной проблемой выступает тот факт, что бит может копироваться лишь один раз. А это значит, что информацию по квантовому каналу связи можно только передать. А дальше с ней уже не получится что-либо сделать. В данный момент ученные пытаются разрешить эту проблему. Так, сейчас пытаются, используя квантовые технологии связи, создавать перепутанные пары фотонов. С их помощью можно будет посылать в два конца из одной точки и связывать между собой две удаленные точки. Если создать множество таких узлов, то можно будет организовать линию связи на бесконечно большие расстояния. Но для реализации задумки также требуется квантовая память. А ее создание находится только в процессе разработки.

Российский и чешско-словацкий физики предложили метод сохранения квантовой запутанности фотонов при прохождении усилителя или передаче на большое расстояние.

Квантовая запутанность или сцепленность частиц - явление связи их квантовых характеристик. Она может возникать при рождении частиц в одном событии или их взаимодействии. Эта связь может сохраняться, даже если частицы расходятся на большое расстояние, что позволяет передавать с их помощью информацию. Дело в том, что если измерить квантовые характеристики одной из связанных частиц, то автоматически становятся известны и характеристики второй. Эффект не имеет аналогов в классической физике. Он был экспериментально доказан в 1970 - 80-х годах, и его активно изучают в последние несколько десятилетий. В перспективе он может стать основой целого ряда информационных технологий будущего.

Рисунок Д. Белла в рукописи его статьи 1980 года. Слева по-французски написано «Носки г-на Бертлмана и природа реальности». Над левой ногой написано: «розовый», над правой ногой: «не розовый».

Установка для исследования квантовой телепортации в Токийском университете.

Визуализация процесса квантовой телепортации кубитов. Слева передатчик, справа приемник, между которыми с помощью запутанных фотонов передается информация о квантовом состоянии кубитов.

Забавную житейскую аналогию этого явления придумал один из его исследователей, физик-теоретик Джон Белл. Его коллега Рейнгольд Бертлман страдал рассеянностью и часто приходил на работу в носках разного цвета. Предсказать эти цвета было невозможно, но Белл шутил, что достаточно увидеть розовый носок на левой ноге Бертлмана, чтобы сделать вывод, что на правой ноге у него носок другого цвета, даже не видя его.

Одна из проблем практического использования явления квантовой запутанности заключается в нарушении связи при взаимодействии частиц с окружающим миром. Такое может произойти при усилении сигнала или при его передаче на большое расстояние. Эти два фактора могут действовать и вместе, поскольку для передачи сигнала на большое расстояние его надо усиливать. Поэтому фотоны после прохождения через многие километры оптоволокна в большинстве случаев перестают быть квантово запутанными и превращаются в обычные, не связанные между собой кванты света. Чтобы избежать разрушения связи в экспериментах по квантовым вычислениям, приходится использовать охлаждение до близких к абсолютному нулю температур.

Физики Сергей Филиппов (МФТИ и Российский квантовый центр в Сколково) и Марио Зиман (Масариков университет в Брно, Чехия, и Физический институт в Братиславе, Словакия) нашли способ сохранить квантовую запутанность фотонов при прохождении через усилитель или, напротив, при передаче на большое расстояние. Подробности опубликованы в статье (см. также препринт) для журнала Physical Review A.

Суть их предложения заключается в том, что для передачи сигналов определенного вида необходимо, чтобы «волновая функция частиц в координатном представлении не должна иметь вид гауссова волнового пакета». В этом случае вероятность разрушения квантовой запутанности становится намного ниже.

Волновая функция - одно из базовых понятий квантовой механики. Она используется для описания состояния квантовой системы. В частности, явление квантовой запутанности описывается на основе представлений об общем состоянии связанных частиц с определенной волновой функцией. В соответствии с копенгагенской интерпретацией квантовой механики физический смысл волновой функции квантового объекта в координатном представлении заключается в том, что квадрат ее модуля определяет вероятность обнаружить объект в данной точке. С ее помощью можно также получить информацию об импульсе, энергии или еще какой-либо физической величине объекта.

Гауссова функция — одна из важнейших математических функций, нашедшая применение не только в физике, но и во многих других науках вплоть до социологии и экономики, имеющих дело с вероятностными событиями и использующих статистические методы. Очень многие процессы в природе приводят к этой функции при математической обработке результатов наблюдений. Ее график выглядит как колоколообразная кривая.

Обычные фотоны, которые используются сейчас в большинстве экспериментов по квантовому запутыванию, тоже описываются гауссовой функцией: вероятность найти фотон в той или иной точке в зависимости от координат точки имеет колоколообразный гауссов вид. Как показали авторы работы, в этом случае переслать запутанность далеко не получится, даже если сигнал очень мощный.

Использование фотонов, волновая функция которых имеет иную, негауссову, форму, должна существенно повысить число доходящих до адресата запутанных фотонных пар. Однако это не означает, что сигнал можно будет передать через сколь угодно непрозрачную среду или на сколь угодно большое расстояние, - если соотношение сигнал/шум падает ниже некоторого критического порога, то эффект квантовой запутанности исчезает в любом случае.

Физики уже научились создавать запутанные фотоны, разнесенные на несколько сотен километров, и нашли им несколько очень перспективных применений. Например, для создания квантового компьютера. Это направление представляется многообещающим благодаря высокому быстродействию и низкому энергопотреблению фотонных устройств.

Другое направление - квантовая криптография, позволяющая создать линии связи, в которых всегда можно обнаружить «прослушивание». Она основана на том, что любое наблюдение за объектом есть воздействие на него. А воздействие на квантовый объект всегда меняет его состояние. Это означает, что попытка перехватить сообщение должна привести к разрушению спутанности, о чем сразу станет известно получателю.

Кроме того, квантовая запутанность позволяет реализовать так называемую квантовую телепортацию. Ее не надо путать с телепортацией (переносом в пространстве) предметов и людей из фантастических фильмов. В случае квантовой телепортации на расстояние передается не сам объект, а информация о его квантовом состоянии. Все дело в том, что все квантовые объекты (фотоны, элементарные частицы), а вместе с ними и атомы одного вида являются абсолютно одинаковыми. Поэтому, если атом в точке приема приобретает квантовое состояние, идентичное атому в точке передачи, то это эквивалентно созданию копии атома в точке приема. Если бы существовала возможность переноса квантового состояния всех атомов предмета, то в месте приема возникла бы его идеальная копия. С целью передачи информации можно телепортировать кубиты - наименьшие элементы для хранения информации в квантовом компьютере.