21 января в нашем любимом баре 1000 миль прошла очередная встреча science|now, посвященная на этот раз тематике квантовых коммуникаций. Нашими спикерами стали Алексей Федоров, Евгений Киктенко и Николай Пожар - ребята из  Российского Квантового Центра (Russian Quantum Center - RQC)

Досье

 

Алексей Федоров

Помимо научной работы в RQC является в данный момент аспирантом университета Париж-Сакле. Выпускник МГТУ им. Баумана. Научные интересы: атомная и молекулярная физика, квантовая оптика, квантовая теория информации. Имеет публикации в Scientific Reports, Physical Review A, Physical Review B и Physics Letters A

 

Подробнее

Евгений Киктенко

В RQC разрабатывает алгоритмы пост-обработки в квантовой криптографии. А именно, алгоритмы исправления ошибок и определения наличия перехвата в канале. Выпускник МГТУ им. Н.Э. Баумана, квантовой информатикой начал заниматься на 3-ем курсе университета. Имеет публикации в Physical Review A, Physics Letters и Physica Scripta.  Кроме того, Евгений – соавтор ряда публикаций по геофизике, посвященных мониторингу геомагнитной активности на озере Байкал.

Подробнее 

Николай Пожар

Занимается разработкой программного обеспечения для квантовых криптографических систем. Как и его коллеги, окончил МГТУ им. Н.Э. Баумана. Принимал участие в ряде масштабных проектов, среди которых, например, разработка ПО для охранных систем на основе когерентной рефлектометрии и разработка ПО для системы непрерывного неразрушающего контроля композитных материалов на основе волоконно-оптических датчиков Вульфа-Брегга, которая в настоящий момент применяется в составе системы комплексного мониторинга судов ледового плавания.

 

1. Алексей Федоров о постквантовом мире и RQC

Алексей выступал первым. Его рассказ был посвящен проблематике, связанной с созданием универсального квантового компьютера. Что будет с информационной безопасностью, когда он будет создан? Человечество неизбежно столкнется с проблемой безопасности данных. Нам придется существовать в мире, в котором любой математический алгоритм шифрования перестанет быть надежным. Решением станет новая, квантовая криптография. Чем она отличается от обычной? Для создания ключей шифрования данных используются одиночные фотоны. Как известно из соотношения неопределённости Гейзенберга, невозможно измерить один параметр фотона, не исказив другой. Таким образом, в системе связи, основанной на квантовых явлениях, возможно по уровню шума в канале обнаружить присутствие третьей стороны. С помощью этого свойства квантовых систем становится возможным обеспечить абсолютную защиту данных.

Алексей рассказал про устройство квантовых коммуникаций, разработанное его командой RQC и пояснил принципы его работы. Прототип устройства уже был протестирован на коммерческих линиях связи — инфраструктуре Газпромбанка. Российский Квантовый Центр, по его словам, планирует запуск серийного производства промышленной установки квантовых коммуникаций уже в текущем году. 

Кроме этого, Алексей рассказал и о других направлениях исследований RQC, в частности — квантовой оптике и оптоспинтронных сенсорах. 

2. Евгений Киктенко о системах пост-обработки в квантовой криптографии

Евгений Киктенко рассказал о физических основах квантовой теории информации и ее отличиях от классической.

Квантовая криптография, а точнее, то, что под ней обычно понимают, не занимается непосредственной передачей сообщений. Она используется для распределения ключа — случайных идентичных строк битов, известных только легитимным сторонам. Этот ключ в дальнейшем будет использоваться для шифрования данных классическими методами. Основой квантовой криптографии является невозможность копирования произвольного квантового состояния (теорема о запрете квантового копирования). Внедрение перехватчика в квантовый канал связи производит к неизбежному искажению квантовых сигналов. Эти искажения можно обнаружить с помощью обсуждения по классическому каналу связи и, таким образом, определить наличие перехвата. Обнаружение искажений в канале осуществляется с помощью алгоритмов пост-обработки, непосредственно разработкой которых занимается Евгений Киктенко.

Более подробно об этих алгоритмах можно узнать из видеозаписи лекции Евгения.

3. Николай Пожар о разработке ПО для квантовой криптографии и супергероях

Николай Пожар рассказал о специфике работы программиста на инновационных проектах. Как ни удивительно, оказалось, что сложность устройств, или физических явлений, на которых все построено, совершенно не влияет на работу прикладного программиста. До определенного уровня важен высокий уровень абстракции, и любое устройство — некий черный ящик, который дает входные данные.  Однако зачастую именно программисты находят в устройстве некие изъяны, так как смотрят на него с точки зрения целевой функции. Роль прикладных программистов выходит на первый план на этапе ввода системы в эксплуатацию, поскольку именно они непосредственно работают с требованиями заказчика.

Для реализации системы квантовых коммуникаций были выбраны язык C++ и система сборки Cmake. Такое решение было принято, поскольку используемые алгоритмы являются крайне требовательными к производительности. А этот язык позволяет максимально эффективно задействовать ресурсы системы. Для тестирования системы был использован GoogleTestFramework, а для автоматизации развертывания применялся Docker.

 

Более подробно об архитектуре разработанной системы можно узнать из видеозаписи лекции Николая.

Часть компонентов системы доступна в репозитории qit.io/gkd-python