В США запустили защищенную квантовую связь в ядерном реакторе — как это работает

Американские исследователи из Университета Пердью и Окриджской национальной лаборатории впервые в мире продемонстрировали возможность защищенной квантовой связи в действующем ядерном реакторе. 

Отмечается, что ученые осуществили квантовое распределение ключей от Toshiba на реакторе PUR-1 в Пердью для запуска первой в мире системы квантового шифрования на ядерном объекте. Сейчас в мире продолжается поиск эффективных и экологических источников энергии. Альтернативой большим АЭС служат малые модульные реакторы и микрореакторы.

Хотя такие реакторы производят значительно меньше ядерных отходов по сравнению с традиционными АЭС, они сталкиваются с теми же проблемами безопасности, оставаясь уязвимыми к кибератакам. Текущие методы шифрования достаточно мощные на сегодняшний день, однако дальнейшее развитие квантовых технологий может стремительно превратить эти методы в устаревшие. 

В то время как другие страны перешли на цифровые системы управления реакторами, PUR-1 до сих пор остается единственным полностью цифровым ядерным реактором в США, который использует экраны, клавиатуру и кабели Ethernet вместо ручек и аналоговых систем для управления операциями. Система контроля и измерительных приборов полностью цифровая. Американские исследователи объединились с японской компанией Toshiba для тестирования системы защищенной квантовой связи QKD на реакторе. 

Система QKD использует квантовую механику и измерения квантово-механической системы для нарушения квантовых состояний. Это позволяет без проблем узнать, пытался ли кто-то проникнуть в систему и какая часть информации могла быть потеряна.

Эффективность работы системы проверили, подключив два узла непосредственно к реактору. Они обменялись безопасными квантовыми ключами по одномодовому оптоволоконному кабелю. Для моделирования сценариев развертывания исследователи ввели линии задержки и аттенюаторы

специальное пассивное устройство, уменьшающее напряжение, ток или мощность электрических или электромагнитных колебаний, чтобы ввести расстояние и помехи между узлами, и дополнительно проверили их производительность. 

По результатам проверки выяснилось, что система стабильно генерировала ключи со скоростью 320 Кбит в секунду и работала с 3,8% частотой квантово-битовых ошибок на расстояние в 54 км. При ограничении 68 основными сигналами исследователи добавили, что шифрование одноразовым шифром работало на расстоянии 135 км.

Задержка системы во время шифрования и дешифрования составляла менее чем полсекунды. При этом исследователи нашли способы буферизации резервных ключей на случай сбоя соединения.

Результаты исследования опубликованы на сервере препринтов Arxiv

Источник: Interesting Engineering