Изменят ли квантовые коммуникации нашу повседневную жизнь?

Артур Глейм

Руководитель департамента квантовых коммуникаций РЖД

Полупроводниковая техника сегодня достигла предела в развитии, и мы находимся на пороге перехода к квантовым компьютерам. Но если компьютеры становятся квантовыми, то нужны квантовые каналы передачи информации, сенсоры и передающие устройства для обмена информацией, аккумулирования данных и вычислений. Таким образом, переход на квантовые компьютеры означает переход на принципы квантовой теории информации, а не классической цифры. Это новый тип цифровой экономики и цифрового общества.

Важно понимать, что современная информационная система — это не только данные с вычислениями, банковской или производственной информацией. В информацию превращаются вещи и объекты, которые непосредственно связаны с человеком. Например, цифровые профили и двойники людей, системы удаленного управления домами, автомобилями и вещами, облачные платформы для решения повседневных задач и т.д. То есть объем и скорость информационного обмена увеличиваются в разы. При этом такая информация фактически становится критически важной. А значит одновременно растут и потенциальные риски при утрате контроля за ней

Квантовые коммуникации позволяют повысить стойкость канала передачи данных при обмене защищенными данными за счет свойств одиночных фотонов, передаваемых по линии связи. Концепция квантовых коммуникаций строится на том, что стойкость канала не зависит от вычислительных возможностей нарушителя. Как бы много ресурсов или мощных вычислителей или времени для анализа канала у него ни было, это не является преимуществом. Тогда как в традиционном математическом подходе к шифрованию это дает злоумышленникам дополнительные возможности.

Например, когда мы в РЖД говорим об автоматизации, то это и телеметрия, и информация с приборов, и каналы управления и т.п. Для работы с такими данными нужен хорошо защищенный канал, иначе есть риск, что злоумышленник может украсть информацию или захватить управление системой, доведя ситуацию до катастрофы. Обычный человек обращает внимание на работу систем в основном, когда они дают сбой, поэтому он, конечно, не заметит, что, например, канал управления защищен квантовыми коммуникациями. В то же время это вопрос обеспечения его безопасности.

Конечно, важен вопрос о сроках массового внедрения этой технологии. Думаю, что текущая ситуация сходна с тем периодом, когда уже были изобретены автомобили или компьютеры, но массового распространения еще не получили. На мой взгляд, несмотря на колоссальный прогресс последних лет, производителям, разработчикам и научным центрам предстоит сделать еще много шагов, чтобы квантовые коммуникации стали массовыми. До нового технологического скачка нам только предстоит дорасти.

Сергей Кулик

Научный руководитель Центра квантовых технологий МГУ

Квантовые коммуникации — отрасль науки и техники о передаче информации посредством квантовых состояний, то есть света. Вряд ли применение этой технологии кардинально изменит жизнь на бытовом уровне. Скорее, речь идет о различных аспектах обмена защищенной информацией. Прежде всего связанной с работой государственных и силовых ведомств. Возможно, с работой банков и крупных коммерческих компаний.

Сегодня различные варианты квантовых систем разработаны МГУ и нашим индустриальным партнером — российской ИT-компанией «ИнфоТеКС». Могу проанонсировать скорый запуск университетской квантовой сети, включающей более 20 абонентов на территории МГУ и «ИнфоТеКС».

Квантовая криптография была придумана прежде всего для обеспечения секретности систем шифрования и, как мы надеемся, позволит выйти на новый уровень безопасности. Во-первых, при правильном конструировании систем квантовой криптографии можно добиться секретности ключей шифрования, которая базируется на фундаментальных законах природы. Во-вторых, автоматическая смена ключей не предполагает их знание системными администраторами, т.е. исключается любое участие человека. А этот фактор сегодня является существенным, когда мы говорим об уязвимости систем передачи защищенной информации.

Если говорить о наших разработках, то мы близки к завершению. Естественно, что в случае квантовых коммуникаций — высокотехнологичной отрасли — исходный вариант системы базировался на экспериментальных разработках. Наш финальный вариант радикально отличается от экспериментальной версии.

К сожалению, отрасль квантовых технологий, включая область квантовых коммуникаций, значительно подвержена хайпу. Доступная каждому человеку информация из масс-медиа о статусе научных работ и практических разработках, как правило, далека от действительности. Создается иллюзия, что все готово, все было просто, и мы вступаем в новую эру, в которой данные будут надежно защищены. Но есть огромное количество подводных камней, и путь от разработки до сертифицированного продукта сложен, это огромная работа. Например, такое оборудование, как квантовый телефон, уже существует. Если массовое производство такой аппаратуры не будет подконтрольно государству, понятно, что может случиться, ведь это очень высокий уровень защиты связи.

Николай Легкодимов

Руководитель технологической практики

Чтобы представить себе квантовые коммуникации в обычной жизни, достаточно понять, что может эта технология. Квантовые коммуникации на сегодня позволяют как однозначно определить, была ли подслушана (или искажена, что в квантовом мире одно и то же) информация при передаче, например, ключа (собственно квантовая криптография), так и одновременно создать в удаленных друг от друга местах тождественные друг другу (квантовая телепортация) одноразовые ключи шифрования, гарантированно позволяющие общаться без нарушения конфиденциальности.

Появление производительных квантовых компьютеров, как ожидается, сильно снизит практическую стойкость многих сегодняшних алгоритмов шифрования, которые позволяют подключаться к сети, проходить через турникеты, расплачиваться «картами» и быть уверенными в том, что ваша квартира все еще числится вашей в электронном реестре.

Квантовые коммуникации позволят безопасно передавать если не саму информацию, то хотя бы ключи для ее более надежного шифрования даже после распространения квантовых компьютеров. Постепенно это может стать обязательным требованием для пользования электронными сервисами, от условных «госуслуг» до мобильного банковского приложения.

Полагаю, что применение квантовых коммуникаций для защиты данных будет требоваться все-таки для критически важной информации. Поэтому в первую очередь технологию возьмут на вооружение спецслужбы и оборонные ведомства, финансовый сектор и владельцы критической инфраструктуры.

Появление производительных квантовых компьютеров может, хоть и не через пару-тройку лет, но на каком-то временном горизонте, привести к тому, что людям, заботящимся о защищенности передачи информации, надо будет выбирать именно те гаджеты, которые используют технологии квантовых коммуникаций и позволят продолжать пользоваться, скажем, банковскими приложениями. (Правда, как бы ни были велики современные мобильные телефоны, сегодняшний квантовый сенсор в них не поместится, они все еще достаточно объемны, так как их размер связан с их чувствительностью.) Ну а когда и это технологическое ограничение будет пройдено, то через какое-то время придется, как сейчас с Wi-Fi, спрашивать в кафе пароль от ближайшей точки квантовой связи или даже идти в специальное место.

Кстати, уже сейчас некоторые производители продвигают те же самые смартфоны, но с квантовыми генераторами случайных чисел, что в теории снижает возможность угадывания ключа шифрования — в мире криптографии чем «случайнее» случайность, лежащая в основе ряда алгоритмов, тем лучше и безопаснее, ну а в квантовом мире случайность — неотъемлемое его свойство.