У США запустили захищений квантовий зв’язок в ядерному реакторі — як це працює

Американські дослідники з Університету Пердью та Окриджської національної лабораторії вперше у світі продемонстрували можливість захищенного квантового зв’язку у діючому ядерному реакторі. 

Зазначається, що науковці здійснили квантовий розподіл ключів від Toshiba на реакторі PUR-1 у Пердью для запуску першої у світі системи квантового шифрування на ядерному об’єкті. Наразі у світі триває пошук ефективних та екологічних джерел енергії. Альтернативою великим АЕС слугують малі модульні реактори та мікрореактори.

Хоча такі реактори виробляють значно менше ядерних відходів порівняно із традиційними АЕС, вони стикаються з тими ж проблемами безпеки, залишаючись вразливими до кібератак. Поточні методи шифрування доволі потужні на сьогодняшній день, однак подальший розвиток квантових технологій може стрімко перетворити ці методи на застарілі. 

У той час коли інші країни перейшли на цифрові системи керування реакторами, PUR-1 досі залишається єдиним повністю цифровим ядерним реактором у США, який використовує екрани, клавіатуру та кабелі Ethernet замість ручок та аналогових систем для керування операціями. Система контролю та вимірювальних приладів повністю цифрова. Американські дослідники об’єднались з японською компанією Toshiba для тестування системи захищеного квантового зв’язку QKD на реакторі. 

Система QKD використовує квантову механіку та вимірювання квантово-механічної системи для порушення квантових станів. Це дозволяє без проблем дізнатись, чи намагався хтось проникнути у систему і яка частина інформації могла бути втрачена. 

Ефективність роботи системи перевірили, підключивши два вузли безпосередньо до реактора. Вони обмінялися безпечними квантовими ключами по одномодовому оптоволоконному кабелю. Для моделювання сценаріїв розгортання дослідники ввели лінії затримки та атенюатори

спеціальний пасивний пристрій, що зменшує напругу, струм або потужність електричних або електромагнітних коливань, щоб ввести відстань та перешкоди між вузлами, та додатково перевірили їхню продуктивність. 

За результатами перевірки з’ясувалось, що система стабільно генерувала ключі зі швидкістю 320 Кбіт на секунду і працювала з 3,8% частотою квантово-бітових помилок на відстань у 54 км. При обмеженні 68 основними сигналами дослідники додали, що шифрування одноразовим шифром працювало на відстані 135 км.

Затримка системи під час шифрування та дешифрування складала менше ніж півсекунди. При цьому дослідники знайшли способи буферизації резервних ключів на випадок збою з’єднання.

Результати дослідження опубліковані на сервері препринтів Arxiv

Джерело: Interesting Engineering