РЖД предложила создать стандарты квантовых технологий

Их отсутствие мешает внедрению квантовых технологий на практике
РЖД предложила создать стандарты квантовых технологий / Максим Стулов / Ведомости

РЖД предложила разработать национальные стандарты для технологий квантовых коммуникаций и квантового интернета вещей (IoT). Разработкой будет заниматься консорциум, в который кроме РЖД вошли Центры компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ) на базе «Сколтеха», Технический комитет 194 «Кибер-физические системы» (ТК 194) и Технический комитет 26 «Криптографическая защита информации».

К настоящему моменту разработаны первые редакции для двух стандартов в области квантовых коммуникаций и четырех стандартов в области квантового интернета вещей. Тексты проектов опубликованы на официальном сайте ТК 194, их подлинность подтвердил председатель технического комитета Никита Уткин.

Создание таких стандартов было предусмотрено в дорожной карте по развитию квантовых коммуникаций от 27 августа 2020 г., которую курирует РЖД в рамках нацпрограммы «Цифровая экономика». Все шесть проектов стандартов были разработаны «Сколтехом» и, как утверждается в документах, не имеют международных аналогов. Руководитель Центра компетенций НТИ по технологиям беспроводной связи и интернета вещей на базе «Сколтеха» Дмитрий Лаконцев подтвердил «Ведомостям», что организация принимает активное участие в разработке национальных стандартов по квантовым коммуникациям и квантовому IoT.

Квантовые коммуникации – технология кодирования и передачи данных в квантовых состояниях фотонов. Законы физики не позволяют определить квантовое состояние так, чтобы оно не изменилось, поэтому квантовый канал связи невозможно перехватить незаметно для адресатов, т. е. технология позволяет передавать данные на большие расстояния абсолютно защищенным образом. Пока квантовые технологии, как и квантовые компьютеры, применяются по большей части лишь для решения научных задач и проведения экспериментов. Коммерческая эксплуатация таких решений еще не реализована.

Стандарты позволят унифицировать различные теоретические подходы к изучению квантовых систем и перейти к их реализации и практическому применению, считают опрошенные «Ведомостями» эксперты. По словам начальника департамента квантовых коммуникаций РЖД Артура Глейма, серия стандартов как раз будет способствовать развитию добросовестной конкуренции и снижению технических барьеров.

РЖД и кванты

РЖД подписала соглашение по развитию квантовых коммуникаций с правительством летом 2019 г., через год была утверждена соответствующая дорожная карта отрасли. В июне 2021 г. в России начала работу первая линия квантовой связи протяженностью 700 км, строительство которой велось на базе собственных оптоволоконных сетей РЖД. К 2024 г. протяженность линий квантовой связи должна вырасти до 7000 км, заявлял вице-премьер Дмитрий Чернышенко, хотя изначально в проекте дорожной карты говорилось о наращивании протяженности сетей до 10 000 км. За этот срок компания планирует инвестировать в проект 16,7 млрд руб.

В первом проекте стандарта квантовых коммуникаций прописаны термины и определения – в частности, понятия «квантовая информация», «квантовый бит» (кубит), «квантовое распределение ключей» и др. Второй проект устанавливает «общие положения в области квантовых коммуникаций, принципы передачи информации по квантовым каналам, основные подходы к построению квантовых коммуникационных сетей и их использованию для квантового распределения ключей в защищенных сетях связи».

Первые два проекта стандартов по квантовому IoT также содержат термины, определения и общие положения в этой области. Оставшиеся два определяют архитектуру типового программно-аппаратного комплекса, реализующего функции системы квантового распределения ключей в сетях IoT, а также требования к интерфейсам подключения.

Стандартизация разработок в области квантовых технологий позволит получить единый подход к оценке их основных характеристик, добавляет руководитель научной группы Российского квантового центра Алексей Федоров. Например, в случае устройств квантового распределения ключей важна не только величина скорости генерации секретного ключа, но и то, каким образом этот показатель измерен, поясняет он. Введение стандартов на такой параметр позволит в единой логике оценивать продукты различных производителей, говорит эксперт.

Отличительной чертой технологии квантового распределения ключей от других «неквантовых» технологий является ее защищенность, которая гарантируется не предположениями об ограничениях злоумышленника, а фундаментальными законами, объясняет Федоров. То есть из процесса передачи ключей исключаются определенные предположения и человеческий фактор (один из способов доставки ключей – их передача специальными курьерскими службами), продолжает он. Квантовые технологии распределения ключей, по его словам, могут использоваться при защите внутренних данных компании, при управлении критической инфраструктурой, а также для предоставления сервисов по защите информации другим компаниям.

Серия стандартов позволит перейти к общим подходам при формировании технических заданий, исследовательских работ, закупочных документаций и обеспечить кумулятивные эффекты при работе исследовательских команд и разработчиков, считает официальный представитель «Платформы НТИ» Юрий Сушинов.

«Квантовые технологии – это перспективное направление на последующие десятилетия, – считает Лаконцев. – Основанные на этом подходе коммуникации, вычисления и измерения найдут широкое применение во многих сферах экономики в будущем, но начинать разработки для формирования технологического задела надо уже сейчас».

На международном уровне пока разработаны стандарты только в области квантового распределения ключей, но при этом в активной фазе находится разработка базовых стандартов области квантовых коммуникаций и квантовых вычислений, уточняет Уткин. Соответствующие рабочие группы функционируют, например, в Международной организации по стандартизации (ISO), Международной электротехнической комиссии (IEC), Международном союзе электросвязи (ITU-T) и Европейском институте телекоммуникационных стандартов (ETSI). На национальном уровне работы в области такой стандартизации, по словам Уткина, находятся «в стартовых позициях».

Мировыми лидерами в направлении квантовых коммуникаций сейчас являются Китай и США, говорит Уткин. «В США реализуется Национальная квантовая инициатива, созданы федеральные центры квантовой информации, а бюджеты американских корпораций на исследования и разработки в данной области исчисляются миллиардами долларов. Китай, в свою очередь, несколько раз устанавливал мировые рекорды протяженности квантовых линий связи и имеет собственные разработки как в части железа, так и софта», – объясняет он. Российская программа в области квантовых технологий по масштабу поддержки сопоставима с Германией, Великобританией, Южной Кореей и Японией, подчеркнул Уткин.