Л.И. Стефаненко1, А.Г. Сергеев2, Ю.В. Курочкин3, В.Е Родимин4

1,4 НИТУ «МИСиС» (Москва, Россия)

2 Российский квантовый центр (Москва, Россия)

3 Центр компетенций НТИ «Квантовые коммуникации» НИТУ «МИСиС» (Москва, Россия)

Постановка проблемы. Квантовая физика со времен своего создания окружена ореолом загадочности. Это затрудняет продвижение квантовых технологий, которые считаются малопонятными, а иногда могут вызывать недоверие. Необходимы целенаправленные усилия по демистификации квантовой физики и разработка методических и научно-популярных приемов, позволяющих адекватно понимать основные аспекты работы квантовых технологий без обращения к ненадежным метафорам и абстрактному математическому аппарату.

Цель работы – исследование работы системы квантового распределения ключа, формулировка объяснения протокола квантового распределения ключа BB84 на базе фазового кодирования, а также изложение принципа квантовой криптографии без обращения к таким абстрактным концепциям, как пространство состояний квантовой системы, его базисы и выбор между ними при квантовом измерении.

Результаты. Представлено объяснение протоколу квантового распределения ключа BB84, реализованного с использованием фазового кодирования. Это позволило дать емкое описание реальной установки квантового распределения ключа компании QRate, на основе которой в рамках международного движения WorldSkills была реализована новая компетенция «Квантовые технологии».

Практическая значимость. Разработанная академическая система квантового распределения ключей позволяет демонстрировать работу протоколов шифрования на основе фазового кодирования. А также модульная конструкция академической установки предполагает возможность ее модификации с целью исследования других протоколов квантового распределения ключа, отличных от BB84. Возможность подключать платы расширения для организации сбора данных и других задач быстрого прототипирования определяет направленность данной версии установки на учебные и исследовательские задачи. Объяснения фундаментальных основ квантовой физики, сформированные на основе работы академической системы квантового распределения ключа, дали возможность формирования компетенции «Квантовые технологии» World Skills. Данная компетенция создает платформу для роста кадрового потенциала в области профессий будущего.

Стефаненко Л.И., Сергеев А.Г., Курочкин Ю.В., Родимин В.Е. Квантовая криптография в аспекте популяризации науки и развития профессионально-технической квалификации // Нанотехнологии: разработка, применение – XXI век. 2021. Т. 13. № 2.  С. 5–15. DOI: https://doi.org/10.18127/j22250980-202102-01

1. Мюллер Р.А. Сейчас. Физика времени. М.: Манн, Иванов и Фербер. 2017. С. 213.
2. Rodimin V., Ponomarev M., Kazieva T., Sharoglazova V., Krivoshin E., Kurochkin Yu. Modular Platform for Photonic Optical Experiments and Quantum Cryptography. 2019 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON), (2019) https://ieeexplore.ieee.org/document/8729637/
3. DeWeerd A.J. Interaction-free measurement. American Journal of Physics. 2002. 70, 272 (Перевод: http://www.timeorigin21.narod.ru/rus_translation/Interaction_free_meas.pdf).
4. Bogdanov Yu.I. Correspondence principle and evolution of physics [2005]. URL: https://arxiv.org/abs/physics/0510153 (дата обращения: 16.04.2021).
5. Bennett C. H., Brassard G. Quantum Cryptography: Public Key Distribution and Coin Tossing. Proceedings of International Conference on Computers, Systems & Signal Processing, Dec. 9–12. 1984. Bangalore, India. IEEE. 1984. P. 175.
6. Wootters W.K., Zurek W.H. A single quantum cannot be cloned. Nature. 1982. 299. Is. 5886. P. 802–803.
7. Shannon Claude. Communication Theory of Secrecy Systems. Bell System Technical Journal. 1949. V. 28(4). P. 656–715. (Перевод: Клод Шеннон. Теория связи в секретных системах // В кн.: Клод Шеннон. Работы по теории информации и кибернетике. М.: ИЛ. 1963. С. 333–369: Перю В.Ф. Писаренко. URL: https://www.enlight.ru/crypto/articles/shannon/shann__i.htm).
8. Quantum-Safe Seсurity White Paper. Understanding Quantum Cryptography. ID Quantique, Geneva, Maу 2020. (URL: https://marketing.idquantique.com/acton/attachment/11868/f-020d/1/-/-/-//Understanding%20Quantum%20Cryptography_White%20Paper.pdf).
9. Quantum cryptography. Training manual for WorldSkills [Web version]. [2020]. URL: https://rqc1.cdn.prismic.io/rqc1/e50ca859-07bd-442d-a2b1-5467ae168b47_%D0%9C%D0%B5%D1%82%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0 %B5+%D0%BF%D0%BE%D1%81%D0%BE%D0%B1%D0%B8%D0%B5+%D0%B4%D0%BB%D1%8F+World+Skills.pdf