Многомерное квантовое шифрование впервые применили в реальных условиях

Инженеры впервые смогли отправить сообщение с квантовым шифрованием, содержащее больше одного бита информации на фотон, по воздуху в густонаселенном городе. Об этом сообщается в журнале Optica.

В системах квантового шифрования информация кодируется в квантовых битах (кубитах). Самая простое, двумерное, шифрование предполагает, что один фотон кодирует один бит (ноль или единицу), однако ученым удалось «вставить» в один фотон гораздо больше информации, что ускоряет передачу данных.

Ученые из Оттавского университета смогли передать данные на расстоянии 300 метров — между двумя зданиями на территории университета. Они применили четырехмерное шифрование: каждый фотон кодирует два бита информации (00, 01, 10 или 11). Помимо передачи большего количества данных этот способ более устойчив к искажающим сигнал помехам, которые, как правило, связаны с плохой погодой, сбоями в оборудовании или попытками перехватить информацию.

Свою аппаратуру ученые поставили на крышах, закрыв ее деревянными коробками для защиты от дождя и ветра. После нескольких неудачных попыток (турбулентность воздуха очень плохо влияет на оптические сигналы) им удалось послать сообщения, защищенные четырехмерным квантовым шифрованием, с частотой ошибок 11% — ниже порога, допустимого для защищенного соединения (19%). Даже с учетом турбулентности воздуха они смогли передать в 1,6 раза больше информации на фотон, чем позволяет двумерное шифрование. Оборудование, обычно используемое в стерильной атмосфере лаборатории, отлично показало себя в городе.

Далее ученые планируют передавать данные уже на несколько километров. В перспективе это приблизит момент создания безопасной связи между спутниками и наземными станциями и глобальной сети квантового шифрования.