Команда из университетов Бристоля и Кембриджа создала сеть, которая использует стандартную волоконно-оптическую инфраструктуру, но опирается на различные квантовые явления для обеспечения сверхбезопасной передачи данных.

Сеть использует два типа схем распределения квантовых ключей (QKD): "не поддающиеся взлому" ключи шифрования, скрытые внутри частиц света; и распределенная запутанность: явление, которое приводит к внутренней связи квантовых частиц.

Исследователи продемонстрировали возможности сети с помощью прямой видеоконференцсвязи с квантовой защитой, передачи зашифрованных медицинских данных и безопасного удаленного доступа к распределенному центру обработки данных. Данные были успешно переданы между Бристолем и Кембриджем - расстояние по оптоволокну составило более 410 километров.

Это первый случай, когда была успешно продемонстрирована сеть дальнего действия, охватывающая различные технологии квантовой безопасности, такие как распределение запутанности. Исследователи представили свои результаты на конференции по оптоволоконной связи 2025 года (OFC) в Сан-Франциско.

Квантовые коммуникации предлагают беспрецедентные преимущества в области безопасности по сравнению с классическими телекоммуникационными решениями. Эти технологии невосприимчивы к будущим кибератакам, даже с использованием квантовых компьютеров, которые - после их полной разработки - будут обладать потенциалом для взлома даже самых сильных криптографических методов, используемых в настоящее время.

В последние несколько лет исследователи работали над созданием и использованием квантовых коммуникационных сетей. Недавно Китай создал масштабную сеть протяженностью 4600 километров, соединив пять городов с помощью как оптоволокна, так и спутников. В Мадриде исследователи создали меньшую сеть с девятью точками подключения, которые используют различные типы QKD для безопасного обмена информацией.

В 2019 году исследователи из Кембриджа и Toshiba продемонстрировали квантовую сеть масштаба metro, работающую с рекордной скоростью передачи ключей - миллионы битов в секунду. А в 2020 году исследователи из Бристоля построили сеть, которая могла бы совместно использовать запутанность между несколькими пользователями. Аналогичные испытания квантовой сети были продемонстрированы в Сингапуре, Италии и США.

Несмотря на этот прогресс, до сих пор никто не построил крупную сеть на большие расстояния, которая могла бы одновременно обрабатывать оба типа QKD, распределение запутанности и регулярную передачу данных.

Эксперимент демонстрирует потенциал квантовых сетей для использования различных подходов к обеспечению квантовой безопасности одновременно с классической коммуникационной инфраструктурой. Это было проведено с использованием британской квантовой сети (UKQN), созданной за последнее десятилетие той же командой при финансовой поддержке Исследовательского совета по инженерным и физическим наукам (EPSRC) и в рамках проекта Quantum Communications Hub.

"Это важнейший шаг на пути к построению будущего с квантовой защитой для наших сообществ и общества в целом", - сказал соавтор доктор Руи Ванг, преподаватель по оптическим сетям будущего в исследовательской группе по высокопроизводительным сетям Smart Internet Lab в Университете Бристоля. "Что еще более важно, это закладывает основу для крупномасштабного квантового Интернета - соединения квантовых узлов и устройств посредством запутывания и телепортации в глобальном масштабе".

"Это знаменует собой кульминацию более чем десятилетней работы по проектированию и созданию британской квантовой сети", - сказал соавтор Адриан Вонфор из инженерного факультета Кембриджа. "Это не только демонстрирует использование множества технологий квантовой связи, но и безопасные системы управления ключами, необходимые для обеспечения бесперебойного сквозного шифрования между нами".

"Это значительный шаг в обеспечении квантовой безопасности коммуникаций, на которые мы все полагаемся в нашей повседневной жизни, в национальном масштабе", - сказал соавтор профессор Ричард Пенти, также из Кембриджа, который возглавлял рабочий пакет Quantum Networks в Quantum Communications Hub. "Это было бы невозможно без тесного сотрудничества двух команд в Кембридже и Бристоле, поддержки наших промышленных партнеров Toshiba, BT, Adtran и Cisco, а также наших спонсоров в UKRI".

"Это выдающееся достижение, которое подчеркивает сильные стороны Великобритании мирового уровня в области квантовых сетевых технологий", - сказал Джеральд Буллер, директор IQN Hub, базирующегося в Университете Хериот-Уотт. "Эта захватывающая демонстрация - именно та работа, которую Центр интегрированных квантовых сетей будет поддерживать в ближайшие годы, разрабатывая технологии, протоколы и стандарты, которые позволят создать устойчивую, перспективную национальную инфраструктуру квантовых коммуникаций".

Текущая UKQN охватывает две столичные квантовые сети вокруг Бристоля и Кембриджа, которые соединены "магистралью" из четырех оптоволоконных линий связи на большие расстояния протяженностью 410 километров с тремя промежуточными узлами.

В сети используется одномодовое оптоволокно по национальной сети EPSRC Dark Fibre Facility (которая предоставляет выделенное оптоволокно для исследовательских целей) и оптические коммутаторы с низкими потерями, позволяющие реконфигурировать сеть как для классического, так и для квантового трафика сигналов.

Команда продолжит эту работу в рамках недавно профинансированного EPSRC проекта Integrated Quantum Networks Hub, видение которого заключается в создании квантовых сетей на всех расстояниях, от локальных сетей квантовых процессоров до сетей запутывания национального масштаба для квантово-безопасной связи, распределенных вычислений и зондирования, вплоть до межконтинентальных создание сетей с помощью спутников, находящихся на низкой околоземной орбите.