Центр компетенций НТИ по направлению «Квантовые коммуникации»

Центр компетенций НТИ по направлению «Квантовые коммуникации»Центр компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ) по направлению «Квантовые коммуникации» на базе ФГАОУ «НИТУ «МИСиС».

Центр компетенций НТИ «Квантовые коммуникации» – уникальная научно-образовательная организация России, созданная на базе консорциума НИТУ «МИСиС», Российского Квантового Центра (РКЦ), а также ряда образовательных, инновационных и промышленных предприятий, и развивающая такие высокотехнологичные направления, как квантовые коммуникации и квантовая криптография.


Цели и задачи

Стратегическая цель Центра компетенций и Консорциума – создание долгосрочной структуры, обеспечивающей конвертацию фундаментальных исследований в прикладные, и дальнейший переход прикладных исследований в коммерческие продукты квантовых коммуникаций. Эффективная система взаимодействия между предприятиями реального сектора, научными организациями и инновационными предприятиями создаст поток полезных для общества продуктов.

Результаты деятельности

Преодоление технологических барьеров

В 2020 году:

  • разработан оптический гомодинный детектор и квантовое распределение ключа на непрерывных переменных, что помогло решить вопрос дорогостоящих лавинных фотодиодов для детектирования одиночных фотонов квантовой криптографии на дискретных переменных;

  • разработана система квантового распределения ключа для расстояний более 300 км с использованием сверхпроводниковых детекторов одиночных фотонов, до этого предельная дальность коммерчески доступных решений ограничивалась расстояниями порядка 100 км;

  • создана недорогая диодная накачка фемтосекундного лазера.

В 2019 году:

  • разработан квантовый генератор случайных чисел со скоростью генерации более 2 Гбит/с. Ранее существующие аппаратные генераторы случайных чисел не обеспечивали скорость генерации, необходимой для частоты приготовления квантовых состояний 1 ГГц;

  • создан синхронный (стробированный) детектор одиночных фотонов с частотой не менее 1 ГГц, который стал доступен как самостоятельное изделие и обеспечивает коммерциализацию высокоскоростного квантового распределения ключа, что стало прорывом, так как максимальные частоты коммерчески доступных синхронных (стробированных) детекторов одиночных фотонов не превышали 300 МГц.

Значимые результаты научно-исследовательской деятельности

  • В 2020 году учеными Центра НТИ создан прототип самой чувствительной видеокамеры в мире. Данная камера позволит видеть практически в полной темноте. Разработка даст возможность изучить нахождение минералов в горных породах, а также станет большим помощником для человека в области борьбы с онкозаболеваниям. Массивы сверхчувствительных пикселей помогут продвинуться в создании квантовых компьютеров и систем квантовой связи. На данный момент прототип, представленный группой разработчиков Центра НТИ, состоит всего из 8 пикселей, но в планах создать 1000-пиксельную матрицу.

Создание важных объектов инфраструктуры

  • В 2020 году создан лабораторный практикум по квантовым технологиям. Это лабораторные работы нового поколения, не имеющие аналогов. Практикум в области квантовых технологий дает студентам представление о современных приборах и технологических методах, развивает навыки практической работы с устройствами квантовой обработки информации, основанными на фотонике, квантовой фотонике и криптографии, закрепляя при этом теоретические знания.

  • В 2019 году был создан Центр коллективного пользования НТИ (ЦКП НТИ), целью которого является выполнение широкого спектра задач по прототипированию и изготовлению деталей и устройств технического назначения для лабораторий Центра НТИ и участников Консорциума. ЦКП НТИ многофункционален и выполняет большой спектр услуг, включая промышленный дизайн, 3D-прототипирование, компьютерный инжиниринг, встраиваемые системы управления и мониторинга, функциональные покрытия и точную механообработку.

Внедрение и коммерциализация результатов деятельности Центра

  • В 2020 году совместно с ГК «Росатом» и ПАО «Ростелеком» успешно реализован пилотный проект создания волоконно-оптической линии связи с применением технологии квантового распределения ключей шифрования (КРК), связавшей два офиса ГК “Росатом” в Москве. Технология квантового распределения ключей позволяет получить общий ключ для шифрования, стойкость которого обеспечивается использованием принципа невозможности клонирования неизвестного квантового состояния.

  • В 2019 году в рамках Петербургского международного экономического форума совместно со Сбербанком, Газпромбанком, PwC и Российским квантовым центром была продемонстрирована первая межкорпоративная квантовая сеть между стендами трех партнеров, двух крупнейших банков и международной консалтинговой компанией. Данный результат может стать основой для построения всероссийской многоузловой сети защищенной связи для банковской системы и госсектора.

Создание и лицензирование РИДов

С 2018 по 2020 г.г. в рамках реализации плана мероприятий Центра квантовых коммуникаций НТИ было создано 9 программ для ЭВМ:

  • “Встраиваемое программное обеспечение контроллера детектора одиночных фотонов с частотой стробирования более 1 ГГц”,
  • “Встраиваемое программное обеспечение для ПЛИС приёмника (BOB) системы квантового распределения ключей с частотой приготовления состояний более 1 ГГц”,
  • “Встраиваемое программное обеспечение для ПЛИС передатчика (ALICE) системы квантового распределения ключей с частотой приготовления состояний более 1 ГГц”,
  • “Оптимизация параметров протокола BB84 c состояниями-ловушками”,
  • “Встраиваемое программное обеспечение ПЛИС для изучения принципов работы квантовых коммуникаций”,
  • “Программное обеспечение, реализующее распределение ключей в сети с произвольной топологией”,
  • “Программное обеспечение, обеспечивающее распределение ключей между пользовательскими приложениями”,
  • “Программное обеспечение для бизнес-приложений с использованием квантовых сетей”,
  • “Встраиваемое программное обеспечение кванто-защищенной аутентификации”.

Также были заключены 4 лицензионных соглашения на использование программ для ЭВМ.

Консорциум

Научные и образовательные учреждения:

  • Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»;
  • Математический институт имени В.А. Стеклова Российской академии наук (МИАН);
  • Российская академия народного хозяйства и государственной службы при Президенте Российской Федерации (РАНХиГС);
  • Томский государственный университет (ТГУ).

Индустриальные партнеры:

  • ООО «МЦКТ»;
  • ООО «КуРэйт»;
  • ООО «С-Терра СиЭсПи»;
  • ООО «КриптоПро»;
  • ООО «Т8»;
  • ООО «ТИНФОТОНИКА»;
  • ООО «Сконтел».

Проекты

Приоритетные проекты Центра:

  1. Проект: “Новое поколение устройств квантового распределения ключа с увеличенной частотой повторения приготовления состояний до 1 ГГц и скоростью генерации квантового ключа более 100 Кбит/с, в том числе интегрированная с сервером версия”

    Опытный образец устройства квантового распределения ключа нового поколения представляет собой серверный модуль, устанавливаемый в серверную стойку пользователя, который позволяет обмениваться квантовыми ключам. Потребителями проекта являются крупные финансовые и промышленные организации, телекоммуникационные компании. Проект поможет решить проблему незащищенности передачи данных между удаленными офисами в банковской и телекоммуникационной сферах; использование в целях противодействия ИТР и повышения обороноспособности страны.

  2. Проект: “Квантовое распределение ключа (КРК) на непрерывных переменных для небольших расстояний со сниженной стоимостью”

    Предлагаемый продукт – опытный образец встраиваемого модуля КРК с возможностью подключения к персональному компьютеру пользователя, который позволяет обмениваться зашифрованной информацией на расстоянии до 50 км без использования дорогостоящих однофотонных детекторов. Технология непрерывных переменных позволит достигать большей скорости генерации ключа на больших расстояниях. Снижение стоимости является одним из ключевых факторов, который позволяет расширить область применения и экономическую эффективность решений. Указанная технология хорошо подходит для применения при создании городских квантовых сетей и интеграции в текущую инфраструктуру. Проект поможет решить задачу незащищенности передачи личных данных пользователей на расстояниях до 50 км.

  3. Проект: “Сетевые программные решения для квантовых сетей”

    Конечным продуктом проекта является программное обеспечение распределения ключей между пользовательскими приложениями. В России отсутствуют квантовые сети, готовые для внедрения бизнес-приложений на базе КРК для конечного пользователя. Глобальный проект по строительству, испытанию и эксплуатации квантовых сетей в России совместно реализуют Центр НТИ и Участники консорциума. В рамках реализации проекта предполагается открытие опытной квантовой сети для отработки решений и тестирования бизнес-приложений на основе КРК с приоритетным доступом для участников Консорциума. Строительство квантовых сетей, систем управления ими, а также разработка бизнес-приложений для конечного пользователя обладают большим коммерческим потенциалом. В настоящее время бизнес-приложения ограничиваются защитой передачи данных. Наша конечная цель – создание бизнес-приложений верхнего уровня на основе квантовых сетей.

Ключевые проекты Центра:

  • Квантовый генератор случайных чисел со скоростью более 2 Гбит/с
  • Разработка модуля для спутникового квантового распределения ключа
  • Разработка системы квантового распределения ключа для беспилотных аппаратов 
  • Разработка технологии создания охлаждаемой однофотонной видеокамеры видимого, телекоммуникационного и инфракрасного диапазона длин волн» (Шифр «Камера»)
  • Разработка взломоустойчивого сверхпроводящего детектора фотонов для КРК совместно с компанией Сконтел
  • Компактные системы квантового распределения ключа на основе волноводной техники
  • Поиск новых уязвимостей и методов защиты, тестирование систем других производителей, анализ новых протоколов квантовой криптографии
  • Миниатюрная квантовая криптография в режиме клиент-сервер
  • Тестовая квантовая сеть – Создание и предоставление в открытый доступ тестовой квантовой сети
  • Международный Чемпионат World Skills

Образовательная деятельность

Рост популярности квантовой криптографии повышает спрос на образовательные услуги, и научно-образовательные системы высоко востребованы уже сейчас. Компании-члены консорциума ведут активную деятельность для завоевания данного сегмента рынка квантовых технологий. Так, например, лабораторная модульная установка для распределения квантового ключа обладает такими важными свойствами, как универсальность, надежность, удобство в эксплуатации, и может успешно использоваться в научно-исследовательских целях и в образовании для проведения высококлассных лабораторных работ.

Образовательные программы Центра НТИ реализуются на двух уровнях профессионального образования (высшее образование – магистратура и подготовка кадров высшей квалификации), а также в виде ДПО.

За 2018 – 2020 гг. в Центре было подготовлено более 220 специалистов в рамках программ ДПО по квантовым коммуникациям. В соответствии с Планом мероприятий Центра квантовых коммуникаций НТИ в настоящее время также реализуются программы магистратуры (по 4 профилям) и аспирантуры (по 1 профилю). Число образовательных программ и подготовленных нами специалистов растет с каждым годом. Наши преподаватели успешно ведут подготовку и обучение для участников и победителей чемпионатов World Skills.

Важной частью образовательной программы Центра являются научно-популярные лекции и научные мероприятия по квантовым коммуникациям и квантовым технологиям с привлечением большого числа слушателей и видеотрансляций.

Сильной стороной нашей образовательной деятельности является то, что она предусматривает организацию обучения с использованием передовых ресурсов нескольких организаций. Это позволяет нам повысить качество программ и аккумулировать лучший опыт ведущих отечественных организаций в области квантовых технологий, а также актуализировать образовательные программы с учетом уровня и особенностей ресурсного обеспечения реальной профессиональной деятельности.

Команда

  • Юрий Курочкин, директор Центра Компетенции НТИ «Квантовые коммуникации» на базе НИТУ «МИСиС»,
    E-mail: y.kurochkin@misis.ru

  • Владимир Курочкин, руководитель лаборатории квантовых коммуникаций,

  • Вадим Макаров, руководитель лаборатории анализа практических уязвимостей систем квантовой криптографии и разработки методов ее сертификации,
    E-mail: makarov@vad1.com

  • Александр Львовский, руководитель лаборатории распределенных квантовых систем,
    E-mail: lvov@rqc.ru

  • Андрей Тайдуганов, руководитель лаборатории теории квантовых коммуникаций,

  • Георгий Шляпников, руководитель лаборатории элементной базы квантовых коммуникаций.


Контакты


Открытый отбор проектов НТИ

РВК проводит открытый отбор проектов НТИ, нацеленных на экспорт на зарубежные рынки технологических продуктов, разработку прорывных инновационных технологий, создание условий для компаний, работающих на рынках НТИ.

Медиа-центр

26.01.2021
Квантовые компьютеры гораздо мощнее привычных нам устройств и способны показывать высокие результаты в различных областях жизни. Вместе с тем их взлом может моментально обрушить цифровые системы в критически важных инфраструктурах. Юрий Курочкин рассказывает, как крупный бизнес и государственные структуры готовятся к атакам с применением квантового компьютера и что для этого необходимо.
Все cтатьи
Место проведения: