Квантовые амбиции южнокорейской науки

Вот уже более 100 лет мировая наука изучает фантастические возможности для человечества с применением технологий квантовой механики со времён открытий интерференции, волновой и корпускулярной теорий, квантовой запутанности, квантовой суперпозиции, спинов элементарных частиц Нильсом Бором, Вернером Гейзенбергом, Луи де Бройлем, Альбертом Эйнштейном, Эрвином Шрёдингером, Максом Планком, Борисом Подольским, Натаном Розеном и целой плеядой выдающихся учёных.

В основном сегодня достижения квантовой физики применяются в четырёх направлениях практических исследований – квантовые системы связи, квантовые компьютеры (вычисления), медицина (магнитно-резонансная (ядерная) томография), ядерное оружие. Мир ждёт невероятное квантовое будущее благодаря сверхбыстрым квантовым информационным технологиям.

Республика Корея, которую я изучаю уже больше 20 лет, известна в мире своим современным искусством, культурой и кинематографом, однако все еще остается малоизученной с точки зрения технологий. Только узкие специалисты достоверно знают о научно-техническом потенциале РК, которая больше десятилетия назад успешно включилась в квантовую гонку человечества.

Национальная программа развития квантовых вычислений и квантовых коммуникаций РК реализуется при поддержке правительства и модерируется Министерством науки, технологии и информации (Министерство).

Мне, как страноведу, хочется поделиться с широкой аудиторией достижениями РК в этой области. 

Квантовые сети связи

Республика Корея самым активным образом участвует в работе Международного союза электросвязи (МСЭ) в разработке ультрасовременных квантовых систем связи.

Компания SK Telecom (SKT) объявила о том, что две ее технологии, касающиеся управления и взаимодействия сетей связи с квантовой криптографией, были приняты в качестве новых рабочих тем на заседании подразделения МСЭ ITU-T, состоявшемся в Женеве. Они будут утверждены в качестве международных стандартов МСЭ-Т. 

SKT и ее дочерняя компания ID Quantique, лидеры в области квантово-безопасной криптографии, разработали квантовую виртуальную частную сеть (VPN) на основе квантового распределения ключей (QKD). Напомню, что VPN — защищенный канал связи, реализованный в общедоступных сетях для подключения удаленных пользователей и машин к частной сети. QKD — это безопасный метод связи, реализующий криптографический протокол с использованием компонентов квантовой механики.

SKT развивает две ключевые технологии:

1. взаимодействие сети квантового распределения ключей QKD — программно-определяемое сетевое управление;
2. структура Федерации сетей распространения квантовых ключей. 

Первая технология — это принцип квантового распределения ключей шифрования QKD сообщения отправителя и получателя, который уникален тем, что не может быть установлен подслушивающим третьим лицом как в классической криптографической схеме распределения ключей шифрования.

Вторая технология — Федерация сетей распространения квантовых ключей, которую можно сравнить с международным роумингом между операторами мобильной связи. Подобно тому, как международный роуминг предоставляет пользователям мобильные услуги за пределами национальных границ, Федерация позволяет предоставлять квантово-безопасные услуги связи для клиентов независимо от того, в чьей сети QKD они находятся, поддерживая взаимодействие между сетями QKD различных поставщиков услуг. 

Консорциум Корейских компаний SK Broadband, ID Quantique и SKT реализовали проекты для Министерства, создав пилотную инфраструктуру QKD, разработав прикладные услуги для 17 различных учреждений из государственного, медицинского и промышленного секторов. Кроме того, в настоящее время Консорциум работает над выходом на оборонный и публичный рынки в сотрудничестве с конкурентоспособными корейскими криптографическими компаниями.

Правительство РК профинансировало строительство 250 километровой квантовой сети связи с уровнем скорости ключей шифрования 10 Кбит/сек на 50 км, применяя сетевые карты шифрования 40 Гбит/сек, мультиплексируя 3 карты – каждая 4-канальная по 10 Гбит/сек на канал, достигнув общей скорости шифрования 120 Гбит/сек.

Источник

В эпоху 5G и 6G важность кибербезопасности в мобильной связи будет расти в геометрической прогрессии. Квантовая криптография – уникальное решение для защиты критически важной информации, предотвращающее копирование данных, закодированных в квантовом состоянии. Южнокорейский оператор мобильной связи SKT уже применил технологию шифрования с использованием QKD в сетях 5G в метро.

Квантовые компьютеры

Еще одно прорывное направление в науке РК – разработка квантовых компьютеров. Несколько десятилетий мировая наука и компьютерные технологии работали в парадигме Квантум 1.0 – использование лазеров и транзисторов в микрочипах. А сейчас наука РК на острие революционной технологии Квантум 2.0 – кубитовые суперпозиции и запутанности.

Поясню, что обычные полупроводниковые компьютеры хранят и обрабатывают, передают информацию в бинарной форме – нулями и единицами, а квантовые компьютеры используют технологии квантового бита – кубита, принимающие одновременно значения и логической единицы, и логического нуля, в то же самое время находясь в состоянии «суперпозиции» и имеющие разные комбинации этих значений. Уже созданы первые языки программирования квантовых компьютеров – OpenQASM, Q#, LIQUI, QCL, Quipper.  

Корейские учёные Центра квантовой информации KАIST, Университета Корё, Университета Ёнсэ, Университета Сонгюнгван, Центра квантовой нанонауки, Корейского исследовательского института стандартов и науки (KISS), Корейско-американского научного центра кооперации (KUSCO) разрабатывают квантовые технологии вычислений, которые в сотни тысяч раз быстрее современных самых высокопроизводительных суперкомпьютеров.

Южнокорейские университеты Сонгюнкван и Ёнсе, Передовой технологический институт Самсунг, KAIST развернули активное сотрудничество с компанией IBM, мировым лидером в квантовых компьютерах, для повышения конкурентоспособности в области квантовых вычислений.

Более 40 миллионов долларов Министерство инвестировало в Программу «Инвестиционной стратегии исследований и разработок в области квантовых технологий», направленную на развитие аппаратного обеспечения квантовых компьютеров и новую архитектуру квантовых вычислений, квантовых алгоритмов, инфраструктуру, создание команд ученых по перспективным технологиям.

К 2023 г. планируется создание в РК квантового процессора общего назначения класса 5 кубитов с надёжностью 90 %. Для сравнения, компания IBM уже создала 20-кубитный компьютер.

В центре KAIST используют ультрасовременные полупроводниковые технологии для производства кубитов. Целью исследования является создание до 2027 года 50-100 кубитного компьютера для решения комплексных задач.

Квантовое шифрование в смартфонах и медицина

Корейские учёные занимаются задачами квантовой криптографии как для защиты информации, так и для дешифрования алгоритмов. Компания ID Quantique производит самые маленькие (2,5 кв. мм) в мире квантовые генераторы кода QRNG на случайном захвате световых шумов LED и CMOS сенсоров, которые уже успешно применяются в смартфонах Самсунг Galaxy Quantum 2.

Медицинские томографы Самсунг КТ – OmniTom, BodyTom, CereTom, мобильные устройства цифровой радиографии GM85Fit являются наиболее передовыми в мире квантовыми сканерами скрининга пациентов.  

Наука Республики Корея находится в мировом авангарде исследований и практических внедрений технологий квантовой механики. Мне бы хотелось, чтобы сотрудничество между нашими странами активно развивалось не только в области культуры, искусства, но и на таких высокоточных, прорывных научных направлениях, как квантовая физика.  Все мы находимся на пороге взрывных революционных качественных изменений в медицине, связи, информации, биологии и промышленности.

Статья опубликована в декабрьском номере журнала "Кореана".