Как будут развиваться коммуникационные технологии квантовой связи в будущем?

Кредит: Pixabay/CC0 Общественный домен

Fraunhofer ISI и Университет Саарланд проанализировали три поколения квантовой связи в новом исследовании.Количественный мониторинг исследования дает представление о развитии патента, прогнозировании будущего роста и сравнивает международные стратегии исследований.В исследовании также изучалось, как Германия и Европа находятся в международном контексте.

Безопасное общение является краеугольным камнем свободных обществ и необходимы для надежной работы критических инфраструктур.Криптографические методы имеют решающее значение для этого.Тем не менее, безопасность сегодняшних процессов шифрования угрожает быстрое развитие квантовых компьютеров.Они могли бы взломать обычное шифрование в обозримом будущем.

Именно здесь квантовые коммуникации и стратегии шифрования «квантовой зоны», основанные на ней, вступают в игру.Они основаны на будущей технологической базе, предоставленной квантовым распределением ключей (QKD), которая обещает физически безопасную связь на основе квантовых механических принципов и квантовых ретрансляторов, которые передают квантовые состояния на более длительные расстояния.

В этом контексте новое исследование, проведенное Fraunhofer ISI и Университетом Саарленда, более подробно рассмотрело текущее состояние квантовых коммуникационных технологий.Исследование было проведено в рамках зонтичного проекта для квантовой связи в Германии (команда. В дополнение к их готовности на рынке, преимуществах и недостатках, был проведен количественный мониторинг для анализа публикации и патентной деятельности, темпов роста и технологического финансирования.

В исследовании рассматриваются три поколения квантовой связи.Первое поколение - распределение ключей кванта (QKD), основанное на принципе Prepare & Marea, - генерирует защищенный ключ, подготавливая и измеряя квантовые состояния, которые затем используются для кодирования фактического сообщения.

Любая попытка злоумышленника подслужить или скопировать квантовые состояния, приводит к изменениям в состоянии, которые могут быть обнаружены.Подготовка и измерение QKD уже готова к рынку технологии для безопасной связи.Тем не менее, его широко распространенное использование в настоящее время препятствует высоким затратам и ожидаемым доказательствам безопасности, сертификации и утверждения.

Во втором поколении квантовое распределение ключей (QKD) с источниками фотонной запутывания, особая форма связывания между квантовыми механическими частицами гарантирует безопасную связь.Любое вмешательство в эту ссылку или попытка подслушивать, обнаруживается.QKD на основе запутывания еще не такой зрелый, как подготовка и измерение QKD, и в настоящее время достигает только низких ключевых ставок, но в будущем может иметь преимущества для сложных сетей связи.

Третье поколение включает в себя разработку квантовых ретрансляторов, которые обеспечивают распределение запутывания на более длинных расстояниях.Это может значительно увеличить диапазон QKD.Квантовые повторяемые также делают возможным распределенное квантовое вычисление, что может умножить вычислительную мощность квантовых компьютеров.

Квантовые ретрансляторы могут внести важный вклад в разработку будущих квантовых сетей связи и, следовательно, очень актуальны для общества с точки зрения ИТ -безопасности и защиты критических инфраструктур.Тем не менее, в настоящее время квантовые ретрансляторы еще недостаточно развиты для коммерческого применения и требуют дальнейших исследований.

Анализ исследований патентованных мероприятий в квантовой связи ясно показывает, что самая большая доля недавних патентных заявлений была от ЕС (35%), за которыми следуют США (29%) и Китай (15%).Даже если отрасль доминирует в этих патентных приложениях с доли прибл.70%, технология продолжает сильно обусловлена ​​исследовательскими организациями (около 30%).

Кроме того, анализ многочисленных рыночных исследований по квантовой связи показывает, что рынок будет сильно расти в ближайшие годы.Медиана проанализированных оценок и прогнозов на рынке - глобальный оборот 1,7 млрд. Евро в 2023 году, что может увеличиться до 5,8 млрд евро к 2030 году.

Большинство проанализированных исследований проецируют годовые темпы роста от 15 до 25%.Кроме того, анализ международных стратегий исследований и инноваций показывает, что, помимо Германии и ЕС, Китая, США, Великобритании, Японии и Южной Кореи, признали стратегическую важность квантовой коммуникации и создали соответствующие программы финансирования.

Исследование, которое было скоординировано доктором Томасом Шмальцем из Fraunhofer ISI и профессором Кристофом Бекером из Университета Саарланда, указывает на необходимость защиты критических технологий в Германии и Европе: в конечном итоге гарантирует общение национальную безопасность, защиту секретов и конфиденциальности кака также целостность экономических и политических процессов.

Чтобы укрепить суверенитет технологий Германии и Европы в квантовой коммуникации и иметь возможность понимать соответствующие технологии на системном уровне и разрабатывать и производить их, исследование определяет ряд проблем, которые еще необходимо преодолеть.

Они включают в себя снижение затрат на инфраструктуру, которые в настоящее время очень высоки, дальнейшее развитие технологий и повышение осведомленности о рисках безопасности ИТ в обществе и среди потенциальных пользователей, что, в свою очередь, является одной из предпосылок для широко распространенного реализации рынка.

Технологический суверенитет может быть укреплен в результате продолжающегося государственного финансирования, стимулов покупки конечных пользователей в промышленности, инвестиций в европейскую инфраструктуру, а также связи с общественностью и образовательные программы.Другие жизненно важные меры включают в себя содействие передаче технологий в промышленность, демонтаж препятствий для одобрения и тесное сотрудничество между властями государств -членов ЕС.

Больше информации: Команда проекта Quantum Communication Германия