Разработка безопасной подачи электроэнергии потребителям. Команда исследователей из Национальной лаборатории Ок-Риджа и Лос-Аламоса Министерства энергетики совместно с EPB, коммунальной и телекоммуникационной компанией Chattanooga, продемонстрировали эффективность распределения квантовых ключей в масштабе города (QKD) как средства безопасной связи для поставщики электроэнергии людям. Этот начальный этап является частью трехлетнего проекта команды, нацеленного на обеспечение безопасности сетей следующего поколения.

Центр управления EPB контролирует активы компании, такие как подстанции и здания. Фото: EPB

QKD использует присущую квантовой механике случайность для аутентификации и шифрования данных. Эта технология позволяет двум сторонам делиться секретным «ключом» и предупреждает обе стороны о любом вторжении третьей стороны, что является критически важным средством обеспечения безопасности по мере модернизации сети страны и передачи данных в режиме онлайн.

Целью этой первоначальной демонстрации, проведенной Ником Петерсом и Филом Эвансом из ORNL, Рэем Ньюэллом и Гленом Петерсоном из Лос-Аламоса и Тайлером Морганом из EPB, Кеном Джонсом и Стивом Моррисоном, было доказать возможность взаимодействия разрозненных систем QKD. Старший научный сотрудник ORNL Питерс сказал, что, поскольку коммунальные услуги в значительной степени являются региональными, поставщики используют набор компонентов и имеют изменяющиеся графики обновления. Обеспечение того, чтобы различные поставщики коммунальных услуг могли работать синхронно по всей электрической сети страны, имеет решающее значение для реализации потенциала QKD в национальном масштабе.

Чтобы подготовиться к демонстрации, исследователи ORNL модифицировали коммерческую систему QKD, в то время как Лос-Аламос разработал собственную собственную систему; обе системы генерировали отдельные ключи, которые при взаимодействии на «доверенном узле» или безопасном обмене информацией генерировали третий ключ, который затем распределялся между системами Los Alamos и ORNL.

«Эта демонстрация достигла двух целей: она показала, что разные системы могут работать вместе, и установила функциональность, необходимую для ретрансляции ключей на большие расстояния, которые часто встречаются в электросети», — сказал Питерс, руководитель группы квантовых коммуникаций ORNL.

Рэй Ньюэлл, исследователь из Лос-Аламоса и руководитель их группы по квантовым коммуникациям, добавил: «Недавние демонстрации в Лос-Аламосе показали, что системы QKD могут работать на существующей электрической инфраструктуре в реальных условиях, в том числе во время исторического снегопада. Наше партнерство с ORNL и EPB показывает, что коммунальные службы могут реализовать преимущества квантовой безопасности, используя сочетание различных, но совместимых систем связи».

И ORNL, и Лос-Аламос посвятили много лет разработке квантовых систем связи, и некоторые технологии, разработанные лабораториями, в настоящее время лицензированы для промышленности.

Демонстрация прошла в EPB, который, по мнению Эванса из ORNL, является идеальным партнером, поскольку коммунальное предприятие развернуло волоконно-оптическую сеть в сочетании со своей инфраструктурой распределения электроэнергии. Кроме того, «они участвуют с нами в нескольких проектах по содействию технологиям нового поколения для защиты инфраструктуры нашей страны», добавил он.

«Для EPB партнерство с Oak Ridge и Los Alamos National Laboratories — это возможность испытать новые технологии и лучшие практики, чтобы помочь поддерживать безопасность и надежность энергосистемы для всех в Америке», — сказал Стив Моррисон, директор по информационной безопасности EPB. «Для нас большая честь внести свой вклад, чтобы помочь продвижению этих важных усилий».

Тем не менее, несмотря на успех демоверсии, еще есть над чем поработать. Затем, исследователи будут работать над преодолением пресловутых ограничений расстояния QKD.

Так же, как электрическое сопротивление уменьшает количество передаваемой электроэнергии по мере увеличения расстояния по традиционным линиям электропередачи, увеличение расстояния передачи по оптоволокну уменьшает пропускную способность квантовой связи. Для национальной электрической сети увеличение расстояний, на которых эти QKD-системы могут эффективно использоваться, имеет решающее значение, и для этого исследователи вновь будут полагаться на доверенные узлы, в данном случае электрические подстанции EPB.

Конечная цель состоит в том, чтобы внедрить системы QKD на многочисленных подстанциях, которые размещены с интервалами и способны передавать квантовые ключи. Эванс из ORNL сравнил это с эстафетой, в которой один бегун передает эстафету другому, причем каждый бегун несет эстафету в течение определенного интервала. Передавая эстафету на каждой подстанции до потери сигнала, сигнал обновляется для следующей поездки и т. д. Что потенциально значительно расширяет диапазон технологии QKD.

По материалам phys.org