Kvantový internet – čo to je, ako funguje? Výhody. kvantová sieť

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Nedávne štúdie uskutočnené európskymi a ruskými vedcami ukázali, že pohyb kvantových a klasických informácií môže úspešne koexistovať v rámci rovnakých liniek na prenos dát z optických vlákien. To umožňuje v budúcnosti postupný prechod z bežného internetu na sieť založenú na paradoxoch elementárnych častíc, sieť kvantového internetu.

Zrýchliť výskum

V počítačovom priemysle sa chystá revolúcia. Fyzici z Pennsylvánskej univerzity uviedli, že konvenčné kremíkové čipy dosiahnu svoj limit za štyri roky. Nebude ich možné ďalej zmenšovať, takže bežné počítače nemajú dlhú životnosť.

Nahradia ich zásadne nové technológie, kvantové počítače. Namiesto čipov budú elementárne častice. Vďaka tomu je možné drasticky zmenšiť veľkosť a zvýšiť produktivitu. Zatiaľ tieto prototypy nie sú rýchlejšie ako slabý počítač, no je to len otázka času. Na druhej strane, s využitím najsilnejšieho potenciálu bude možné rýchlejšie vyriešiťproblémy a ťažkosti pri implementácii zásadne nového, kvantového internetu.

Záhady kvantového internetu

Ako funguje kvantový internet? Čo to je a aká je jeho podstata? Rozdiel je v tom, že je založený na zákonoch kvantovej mechaniky. Vedci ho prijali ako horúce, nervózne pole, ktoré možno použiť na opis javov, ktorým nie je úplne pochopené. Jedným z nich je fotoelektrický efekt.

Paradoxy kvantovej fyziky v službách ľudstva

Dnes je to jasné: v našej blízkej budúcnosti vstúpi fenomén ako kvantový internet. Čo nám to môže priniesť alebo ako to bude? Možno to bude ďalší skok, podobný predstaveniu polovodičových tranzistorov v minulosti.

Jeho princíp je založený na vlastnosti superpozície a kvantového previazania. Nemá jednoznačnú rotáciu a pri meraní jednej ukazuje druhá opak. Pre úplnejšie pochopenie to znamená, že každá elementárna častica nesúca informáciu je neviditeľne spojená so svojím „zapleteným“párom. Navyše vzdialenosť medzi nimi nehrá žiadnu rolu, informácie sa prenášajú okamžite.

Pomocou týchto anomálnych zákonov sa otvárajú veľké možnosti v oblasti rýchlosti a dôvernosti prenosu údajov. Nie je možné zachytiť informácie odoslané týmto spôsobom bez povšimnutia: akékoľvek čítanie zanechá stopy alebo zničí pôvodné informácie.

Rýchlosť je rýchlejšia, než ste si mysleli

Pokiaľ ide o najnovšie údaje o meraní rýchlosti prenosu údajov, udivujú našu predstavivosť. Prevyšuje rýchlosť svetla o desaťtisíckrát. Ale s najväčšou pravdepodobnosťou vedci v budúcnosti zistia, že rýchlosť prenosu signálu je oveľa vyššia, ako sa predtým určilo, taký je kvantový internet. Čo to znamená? Čo nám to môže dať? Možno prenos signálov na predtým nemysliteľné vzdialenosti vo vesmíre a nové objavy.

Nové technológie vo fotónoch

V technológii premeny fotónov na nosič informácií našli ruskí vedci využitie umelo pestovaných kryštálov, konkrétne diamantov.

Ukazuje sa, že keď svetlo prechádza cez kryštály, nadobúda vlastnosť kvapaliny a začína vytvárať kvapky, víry, vlny. Môže byť nasmerovaný cez akékoľvek kanály. Vo všeobecnosti sa správa ako kvapalina. Vrátane toho sa môže šíriť veľmi nízkou rýchlosťou alebo dokonca zastaviť.

To je na jednej strane veľmi zaujímavé a veľmi dôležité, pretože vám to umožňuje manipulovať so svetlom a robiť čokoľvek, vrátane získania takého fenoménu, akým je kvantová internetová sieť. To umožňuje jeho použitie ako agenta prenosu informácií. Teraz je jeho hlavným nosičom elektrický náboj. Ale je to nedokonalý objekt. Preto akýkoľvek pohyb alebo zrýchlenie elektrického náboja vedie k energetickým stratám, ktoré prechádzajú do prostredia a zahrievajú procesor a prvky mikroobvodu.

Samotný internet stojí ľudstvo viac ako 5 % energie, ktorú vyprodukuje. Nahradenie elektrónu fotónmi by preto ideálne viedlo k zníženiu straty obrovského množstva energie. V súlade s tým náklady na samotný internetpadne.

Kvantový internet v Rusku

Práce v Rusku na kvantovom internete sú jedinečné. Napriek nízkym financiám a všetkým možným prekážkam vedci vykonali dostatok experimentov a dosiahli vedúce postavenie v tejto oblasti.

V dôsledku toho sa nám podarilo vytvoriť jedinečnú inštitúciu na vysokej úrovni. Spája experimentálne a teoretické skupiny, ako aj aplikovaný výskum. Tento inštitút je financovaný čiastočne Gazprombankou, čiastočne štátom v rôznych formách. V každom prípade je to príklad, ktorý by mala nasledovať ruská veda bez toho, aby sa pred čímkoľvek zastavila.

Dobývanie nových území

V súčasnej fáze vývoja kvantového internetu možno menovať iba technológie na ochranu údajov využívajúce kvantovú kryptografiu. Takéto siete sú dnes pomerne jednoduché spojenia bod-bod. Cieľom vedcov je vytvoriť riešenia pre spoluprácu, ktoré kombinujú rôzne kanály a metódy šifrovania.

Ak budete sledovať realizáciu myšlienky, výsledky ruských výskumníkov budú významnejšie. Jedným z príkladov je jednofotónový žiaričový detektor vyvíjaný v Kurchatovovom inštitúte.

Pre existenciu takého objavu, akým je kvantový internet, musia vedci vyriešiť ťažkosti spojené s kombinovaním špeciálnych zariadení na prenos kvantových údajov a telekomunikačných sietí, ktoré dnes existujú.

Hlavné problémy spočívajú v riešení spínania a zosilňovania signálu. Ak posielate kvantové informácie cez štandardné optické vlákno, potom neprejdú cez regenerátor. Preto je jedným z riešení premeniť signál na elektrický a potom sa vrátiť do pôvodnej polohy.

Dnes je limit tristo kilometrov. Toto je vzdialenosť, pri ktorej je potrebné regenerovať optický signál. Potrebujeme aj prototyp kvantového spínača. Celkové množstvo problematických úloh je možné vyriešiť len do desiatich rokov. Napriek tomu sa vo vedeckých kruhoch hádajú o možnosti „osedlať“kvantový internet. Čo môže priniesť a ako môže pomôcť? Dnes neexistuje jednoznačná odpoveď, ale vyriešenie problematiky zavádzania a sprístupňovania takýchto technológií bežnému občanovi určite zlepší jeho kvalitu života a bezpečnosť.

Prichádza nová éra

Čína dnes stanovila ambiciózny projekt na prenos 1200 kilometrov kvantovej siete pomocou satelitu.

Momentálne ste dosiahli maximálnu vzdialenosť sto kilometrov. Vedci vyvinuli spôsob, ako chrániť signál pred účinkami meteorologických podmienok. Táto senzácia však pravdepodobne nesúvisí s teleportáciou, ktorá sa každým rokom zvyšuje, ale s kvantovou kryptografiou, inými slovami, novým systémom šifrovania údajov.

Kvantový kód nemožno hacknúť, presnejšie povedané, keď je hacknutý, informácie zmiznú. V ére kybernetickej vojny to znamená nezraniteľnosť. Kvantová kryptografia je už dlho používaná tými, ktorí hľadajú zárukybezpečnosť. Ako si napríklad pred pár rokmi začali švajčiarske banky vymieňať dáta o svojich zákazníkoch prostredníctvom kvantovej siete. Dnes sú obmedzené na vzdialenosť niekoľkých desiatok kilometrov. Ruské kvantové centrum sa pripravuje na zavedenie rovnakého systému, ako aj na zvládnutie prenosu kvantového signálu cez vesmírny satelit.

Úvod a implementácia

Medzitým bola v Petrohrade spustená prvá kvantová internetová sieť medzi dvoma univerzitnými budovami v Rusku.

Informácie sa prenášajú pomocou zákonov kvantovej fyziky. Najinteligentnejšie korporácie a vlády teraz investujú do tejto oblasti. Budúca technológia prenosu informácií sa implementuje na základe existujúcej technológie. Optický kábel, známy počítač, ale nový router a fotónový generátor.

Existencia nového internetu začína laserom, kde sa nachádza zdroj jednotlivých fotónov. Majú dobrú vlastnosť na bezpečný prenos informácií. Jeden fotón nemožno rozdeliť. Kľúč je vytvorený tak, že čítanie nie je možné. Aby sa fotón zmenil na nosič informácií, systém zmení svoj stav, fázu oscilácie impulznej vlny. Dnes je úroveň rozvoja kvantovej technológie porovnateľná s tým, ako vyzerala mobilná komunikácia pred tridsiatimi rokmi, prejde ďalších päť až desať rokov a fotónové kvantá nám budú môcť poskytnúť bezpečný informačný internet.

Kvantový internet v Kazani

V Tatarstane bola spustená kvantová internetová sieť, jej experimentálne miesto sa nachádza v Kazani. Tento programje dôležitým úspechom vo vývoji kvantovej komunikácie v Rusku. Podľa vedcov je absolútne imúnna voči útokom hackerov.

Ochrana našej internetovej siete je dnes založená na šifrovaní matematických algoritmov, no aj ten najzložitejší kód sa dá prelomiť. Čím výkonnejšie sú výpočtové schopnosti hackerov, tým jednoduchšie a rýchlejšie je výpočet šifrovacieho algoritmu.

Technológia opísaná v tomto článku sa stane novou štruktúrou zabezpečenia siete. Kvantový internet v Kazani bude spojený do štyroch uzlov vo vzdialenosti 30-40 kilometrov od seba. Náklady na výber medzi dvoma bodmi sú asi sto tisíc dolárov. V experimentálnej časti sieť vykázala kvantovú rýchlosť internetu 117 kb/s so vzdialenosťou dva a pol kilometra. Tento výsledok je rádovo vyšší ako v európskych štúdiách. V sieti bola prenosová strata kvantových bitov v optickom kanáli dvadsať dB. To sa rovná sto kilometrov dlhej čiare.

Za zmienku stojí, že tento projekt zahŕňa prevádzkovú linku telekomunikačnej siete infraštruktúry Tattelecom.

Sieť prepojí mestá

V roku 2017 sa plánuje spustiť projekt na zavedenie novej technológie. Kvantový internet v Tatarstane umožní prepojenie kancelárií v rôznych mestách. Toto je jedna z hlavných úloh, ktoré si stanovilo Kazaňské kvantové centrum KNITU-KAI a jeho vedúci. Pri sledovaní ich úspechov človek bez pochýb verí, že to tak bude.