В России потратят 19,5 миллиардов на квантовые коммуникаций

, Текст: Игорь Королев

В России планируется за пять лет выделить 19,5 млрд руб. наразвитие технологий квантовых коммуникаций. В том числе 5,3 млрд руб. из этойсуммы выделит госкорпорация РЖД, которая будет главной по развитию даннойтехнологии.

Дорожная картаразвития квантовых коммуникаций

В распоряжении CNews оказался проект дорожной карты по развитию технологийквантовых коммуникаций, подготовленный госкорпорацией «Российские железныедороги» (РЖД) в рамках соответствующего контракта с Правительством России.

В 2019 г. в рамках реализации мероприятий федеральногопроекта «Цифровые технологии» нацпрограммы «Цифровая экономика», национальныйтехнический университет МИСиС подготовил дорожную карту по развитию квантовыхтехнологий в России. В ней было выделено три субтехнологии: квантовыевычисления,квантовые коммуникации иквантовая сенсорика.

Для чего нужныквантовые коммуникации

Сейчас по каждой из обозначенных субтехнологий госкорпорацииготовят отдельные дорожные карты. Необходимость развития квантовых коммуникацийвызвана перспективой появления достаточно мощного квантового компьютера,который представляет собой угрозу для современной криптографии.

Схема потенциальной квантовой атаки может выглядетьследующим образом: злоумышленник сегодня сохраняет трафик, зашифрованныйтрадиционными методами криптографии, а в будущем, при появлении у него доступак квантовому компьютеру, расшифровывает эти данные. Горизонт, когда такие атакистанут реальностью — от 7-10 лет. Но критически важные данные и устройства сдлинным жизненным циклом стоит начинать защищать уже сейчас.

Целевые показатели дорожной карты развития квантовых коммуникаций

№ п/пНаименование целевого показателяЕдиницы измеренияПериод реализации
2019 г., базовое значение2020 г.2021 г.2022 г.2023 г.2024 г.2030 г.
1.Объем производства и продаж на внутреннем и внешнем рынках продукции (товаров, работ, услуг), основывающейся в том числе на отечественных технологиях квантовых коммуникациймлрд руб.Требует уточнения в связи с отсутствием данныхформирование рынка0,31,0252,827,33>55
1.1.Совокупная доля российских компаний на мировом рынке решений на базе технологий квантовых коммуникацийпроцентыТребует уточнения в связи с отсутствием данныхформирование рынка12348
1.2.Объем продаж российских компаний на внешнем рынке решений на базе технологий квантовых коммуникациймлрд руб.Требует уточнении в связи с отсутствием данныхформирование рынка00,1750,3551,52>5
В т.ч. на рынке продажи устройств и инфраструктурымлрд руб.Требует уточнения в связи с отсутствием данныхформирование рынка00,1250,2751,32>5
В т.ч. на рынке продажи услугмлрд руб.Требует уточнения в связи с отсутствием данныхформирование рынка00,050,080,20,5
1.3.Объем продаж российских компаний на внутреннем рынке решений на базе технологий квантовых коммуникациймлрд руб.Требует уточнения в связи с отсутствием данныхформирование рынка0,30,852,4655,81>50
В т.ч. на рынке продажи устройств и инфраструктурымлрд руб.Требует уточнения в связи с отсутствием данныхформирование рынка0,290,831,333,4>35
В т. ч. на рынке продажи услугмлрд руб.Требует уточнения в связи с отсутствием данныхформирование рынка0,010,031,142,41>15
2.Интегральный показатель, отражающий уровень развития технологийУГТ55,366,77,388,7

Существует два способа защиты информации от атак сприменением квантовых компьютеров. Первый из них — квантовая криптография —использует квантово-физические явления для передачи криптографического ключа,например при помощи фотонов в оптоволоконных линиях или по воздушномупространству: здание-здание, здание-беспилотник, спутник-Земля. В этом случаестойкость ключа к квантовым атакам гарантируется фундаментальными законамифизики.

На расстояниях порядка 100 км для квантовых коммуникацийможно использовать уже существующие оптоволоконные сети. В этом случае дляреализации квантового канала связи необходим стек оборудования: источникиодиночных фотонов, детекторы фотонов, генераторы случайных чисел и повторителисигнала. Для квантовых сетей более 100 км необходимо строить промежуточныедоверенные узлы приема-передачи.

Второй метод защиты информации — постквантовая криптография— представляет собой группу квантово-устойчивых алгоритмов, собранных вбиблиотеки, которые достаточно быстро внедряются в инфраструктуру клиента безиспользования аппаратного обеспечения.

Квантовая коммуникация, реализованная через оптоволоконнуюсеть, требует двух каналов: оптический квантовый канал, напрямую соединяющийустройства без усилителей, и классический канал связи. Квантовый канал используетсядля передачи случайного ключа одиночными фотонами. Классический канал несетслужебную информацию протокола и зашифрованную полезную информацию. Этот каналимеет смысл как шифровать, так и проводить аутентификацию узлов с помощьюалгоритмов постквантовой криптографии.

Архитектура сетей квантовой связи может быть нескольковидов: точка-точка (прямое соединение двух объектов) и точка-многоточка (аналогархитектуры «клиент-сервер»). Также квантовая коммуникация может бытьреализована через сети на доверенных узлах и на недоверенных узлах. В первомслучае безопасность всей сети ограничена безопасностью отдельных узлов.

Во втором случае применяется комбинация квантовой памяти иквантовой телепортации, чтобы передать состояние квантов на большие расстояния,не измеряя их. Решения на доверенных узлах уже внедряются для бизнеса, анедоверенные узлы еще в стадии научных разработок.

Разработчики квантовой и постквантовой криптографии работаютсовместно, так как эти две технологии способны хорошо интегрироваться, напримерцентры обработки данных (ЦОД) корпораций могут быть объединены квантовой сетью,а клиенты подключены с помощью постквантовой криптографии. Другой пример:квантовозащищенный корпоративный блокчейн может объединять офисы банка вквантовую сеть, генерирующую блоки, а отделения работать с распределеннымреестром под защитой постквантовой криптографии.

Объем финансированиятехнологий квантовыхкоммуникаций

Дорожная карта развития квантовых коммуникаций предполагаетзатраты в размере 19,5 млрд руб. за период до 2024 г. включительно. Из этойсуммы федеральный бюджет выделит 13 млрд руб., внебюджетные источники — 6,5млрд руб., в том числе сами РЖД выделят 5,3 млрд руб.

При этом на разработку технологий построения национальныхмагистральных каналов квантовых коммуникаций федеральный бюджет направит 1,1млрд руб. На проектирование и создание магистральной инфраструктурыквантовой коммуникации по ключевым направлениям будет потрачено 3,9 млрдруб. Из этой суммы 1,7 млрд руб. потратит федеральный бюджет, 2,15млрд руб. — внебюджетные источники (в том числе 1,45 млрд руб. направят РЖД).

До конца 2022 г. запланировано сформировать магистральныеканалы квантовых коммуникаций протяженностью не менее 2 тыс. км поключевым направлениям, а до конца 2023 г. будет обеспечено подключение не менее500 оконечных абонентов квантовой сети. Подключение абонентов обойдется в 1,8млрд руб., из этой суммы федеральный бюджет выделит 890 млн руб., внебюджетныеисточники — 880 млн руб. (в том числе 600 млн руб. направят РЖД).

К середине 2021 г. будут разработаны базовые технологииорганизации доверенных промежуточных узлов в сетях КРК. На эти цели будетпотрачено 750 млн руб., из которых федеральный бюджет направит 500 млн руб.,РЖД — 250 млн руб. Еще 650 млн руб. потребуется для организации внедрениятехнологии доверенных узлов, из которых 530 млн руб. выделит федеральныйбюджет, 120 млн руб. — РЖД.

До конца 2024 г. в действующие квантовые сети будут внедренытехнологии недоверенных узлов. На эти цели будет направлено 850 млн руб.,из которых федеральный бюджет выделит 650 млн руб., РЖД — 200 млн руб.

До конца 2023 г. будет создана система спектральногоуплотнения каналов в классических и квантовых оптических сетях. Опытный образецсети с мультиплексированием КРК и информационных каналов будет обладать длинойсегмента 50 км, скоростью квантовых каналов не менее 10 бит/с и скоростьюинформационных каналов не менее 10 Гбит/с. Соответствующее мероприятиеобойдется в 950 млн руб., из которых федеральный бюджет потратит 700 млн руб.,РЖД — 250 млн руб.

До конца 2021 г. будет внедрена система управления имониторинга квантовых сетей. Данное мероприятие обойдется в 970 млн руб., изкоторых 700 млн руб. выделит федеральный бюджет, РЖД — 270 млн руб. До конца2022 г. будет создан центр мониторинга квантовой сети. Это обойдется в 700 млнруб.

Построение зарубежных сетей и создание трансграничныхинтерфейсов квантовых сетей произойдет до середины 2024 г. Это обойдется в 1,05млрд руб. Из данной суммы федеральный бюджет выделит 800 млн руб., внебюджетныеисточники — 250 млн руб., включая 200 млн руб. — РЖД).

На развитие атмосферных оптических квантовых каналов связипотребуется 950 млн руб. за период до 2023 г. Из этой суммы 600 млн руб.выделит федеральный бюджет, 350 млн руб. — внебюджетныеисточники. Построение магистральной квантовой сети с использованиемспутниковых каналов связи произойдет до 2030 г. На эти цели федеральный бюджетвыделит 1,8 млрд руб.

В части квантового интернета вещей в 2023 г. планируетсязапустить пилотную сеть. Она обойдется в 1,12 млрд руб., из которых 800 млн руб.направит федеральный бюджет, 400 млн руб. — РЖД. Затем пилотная квантовая сетьбудет работать между подвижными объектами. Это обойдется еще в 950 млн руб., изкоторых федеральный бюджет выделит 600 млн руб., внебюджетные источники — 350млн руб.

В части импортозамещения в 2022 г. должен быть разработанквантовый генератор случайных числе, а к 2023 г. — отечественная компонентная базаквантовых коммуникаций. Соответствующие мероприятия обойдутся в 1 млрд руб., изкоторых 850 млн руб. выделит федеральный бюджет, 175 млн руб. — внебюджетные источники(включая 125 млн руб. — РЖД).

На разработку протоколов КРК и алгоритмов федеральный бюджетвыделит 125 млн руб. за период до 2024 г. Планируется разработать: новыепротоколы КРК (квантовое распределение ключей), в том числе для систем снедоверенным промежуточным узлом (MDI, Twin-filed), алгоритмыпостобработки квантовых ключей (аутентификация, исправление ошибок, усилениесекретности), сетевые протоколы для квантовых коммуникаций, квантово-устойчивые(постквантовые) алгоритмы для передачи, хранения и обработки данных.

Распределение мерподдержки среди институтов развития

Для поддержки малых и средних проектов Фонд содействияинновациям выделит грантов на сумму 550 млн руб. «Российская венчурнаякомпания» (РВК) выделит целевых субсидий на возмещение затрат в размере 6,2млрд руб., еще 1,45 млрд руб. целевых субсидий на возмещение затрат на внедрениенаправит Российский фонд развития информационных технологий (РФРИТ).

Для поддержки комплексных и инфраструктурных проектов РВКвыделит целевые субсидии на возмещение затрат в размере 1,8 млрд руб., фонд«Сколково» — еще 1,6 млрд руб. В части экосистемных проектов РВК, фонд«Сколково» и «Платформа НТИ» совместно потратят 1,4 млрд руб.

Центр компетенцийквантовых коммуникаций на базе РЖД

На организационные мероприятия планируется потратить 1,9млрд руб. В том числе к 2020 г. должны быть созданы департамент квантовыхкоммуникаций РЖД и центр компетенций на основе дочерней или зависимойорганизации РЖД с целью ведения, в том числе, коммерческой деятельности вобласти квантовых коммуникаций.

До конца 2021 г. должны появиться не менее одногоиспытательного центра и не менее одной лаборатории для оценки решенийучастников рынка квантовых коммуникаций. Также должен быть разработан какминимум один национальный стандарт для обеспечения эксплуатации квантовыхустройств и сертифицирован не менее чем один продукт отечественногопроизводителя в рамках данного стандарта.

В международный институт стандартизации должно бытьнаправлено предложение о корректировке международного стандарта, консолидированноене менее чем пятью участниками рынка.

Также будет обеспечена непрерывная подготовкавысококвалифицированных кадров в области разработки, производства ииспользования квантовых коммуникаций с учетом требований РЖД. Подготовкупройдут не менее 200 специалистов, прошедших программу дополнительногообразования или закончивших магистратуру или защитивших кандидатскиедиссертации.

Будут сформированы новые стандарты подготовки бакалавров имагистров в области квантовых коммуникаций и разработаны типовыеобразовательные программы с учетом требований РЖД. До конца 2024 г. будетразработано не менее 16 онлайн-курсов в области квантовых коммуникаций. Вместес этим будет создана система независимой оценки квалификации специалистов вобласти квантовых коммуникаций.

Также запланировано формирование и развитие профессиональныхсообществ и создание реестра участников экосистемы развития квантовыхкоммуникаций по категориям: стартапы (малый и средний бизнес), центрыкомпетенций, интеграторы и т. п.

Ожидаемые результаты

По итогам реализации дорожной карты ожидается, чтопротяженность квантовых сетей связи к 2030 г. составит 15 тыс. км, скоростьгенерации квантового ключа достигнет 10 тыс. кбит/с на 25 км. Предельнаядальность вне лаборатории (один пролет, в условиях тестового полигона) составит300 км. Поддерживаемое количество портов в сетях точка-многоточка составит 64.

Объем производства и продаж на внутреннем и внешнем рынкахпродукции (товаров, работ, услуг), основывающейся, в том числе, наотечественных технологиях квантовых коммуникаций, превысит 55 млрд руб. к 2030г. Совокупная доля российских компаний на мировом рынке решений на базетехнологий квантовых коммуникаций составят 8%.

Объем продаж российских компаний на внешнем рынке решений набазе технологий квантовых коммуникаций превысит 5 млрд руб., в том числе нарынке продаж услуг — 500 млн руб. Объем продаж российских компаний навнутреннем рынке решений на базе технологий квантовых коммуникаций превысит 50млрд руб. В том числе на рынке продажи устройств и инфраструктуры он превысит35 млрд руб., на рынке продаж услуг — 15 млрд руб.

Интегральный показатель, отражающий уровень развитиятехнологий (УГТ) квантовых коммуникаций в России, повысится с 5 в 2019 г. до8,7. В том числе для магистральной связи УГТ повысится с 7 до 9, дляатмосферной связи — с 5 до 9, для спутниковой связи — с 3 до 8. Объеминвестиций в основной капитал российских компаний, производящих продукты исервисы на базе технологий квантовых коммуникаций, составит 8,2 млрд руб.за период до 2030 г.

Объем затрат на исследования и разработки российскихорганизаций, разрабатывающих или производящих продукту и сервисы на базетехнологий квантовых коммуникаций, составит 10,6 млрд руб. за период до 2030 г.В том числе на опытно-конструкторские работы — 2 млрд руб., на фундаментальныеи поисковые исследования будет выделено 500 млн руб. и столько же — наприкладные исследования.

К 2030 г. 360 человек закончат магистратуру понаправлению квантовых коммуникаций. В соответствующие проекты будет привлечено50 человек, имеющих высший рейтинг в глобальном разрезе, в том числе 20 международныхспециалистов. Три российских вуза будут входить в 100 ведущих университетовмира согласно отраслевым международным рейтингам.

Доля патентов, ежегодно регистрируемых российскимифизическими и юридическими лицами по процедуре РСТ (договор о патентной кооперации),в общем количестве ежегодно регистрируемых патентов по соответствующим отраслевымрубрикаторам составит 2%. К 2030 г. россиянами будет зарегистрировано 38патентов в данной сфере.

Доля публикаций российских резидентов в общемировомколичестве публикаций в научных журналах, индексируемых в базе данных Web of Science,по соответствующим отраслевым рубрикаторам составит 2%. Всего за период до 2030г. у россиян будет 280 таких публикаций.

Средняя цитируемость публикаций россиян в базе данных Web of Science поданной тематике составит 2. В международных рейтингах по соответствующемунаправлению развития технологий у России будет третья позиция.

Будет организована поддержка 30 отраслевых проектов сиспользованием квантовых коммуникаций и в российских компаниях, ИТ-интеграторахи операторах мобильной связи. Также будут реализованы 20 проектов по созданиюсервисов в ключевых отраслях экономики, критичных к особенностям квантовыхсетей связи и создано ти полигона на базе отечественных технологий квантовых коммуникацийдля тестирования отраслевых сервисов.


СЛЕДУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ РАЗДЕЛА "IT"