Kvantni internet - što je to, kako funkcionira? Prednosti. kvantna mreža

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 10:29

Nedavna istraživanja europskih i ruskih znanstvenika pokazala su da kretanje kvantnih i klasičnih informacija može uspješno koegzistirati unutar granica istih optičkih linija prijenosa podataka. To u budućnosti omogućuje postupni prijelaz s uobičajenog Interneta na mrežu zasnovanu na paradoksima elementarnih čestica, kvantnu internetsku mrežu.

Ubrzajte istraživanje

Revolucija se sprema u kompjuterskoj industriji. Fizičari sa Sveučilišta Pennsylvania rekli su da će konvencionalni silikonski čipovi dosegnuti svoju granicu za četiri godine. Neće ih biti moguće dalje smanjiti, tako da obična računala nemaju dugo živjeti.

Zamijenit će ih temeljno nove tehnologije, kvantna računala. Umjesto čipsa bit će elementarne čestice. Zahvaljujući tome, moguće je drastično smanjiti veličinu i povećati produktivnost. Zasad ovi prototipovi nisu brži od slabog računala, ali samo je pitanje vremena. Zauzvrat, koristeći najmoćniji potencijal, bit će moguće brže riješitiproblemi i poteškoće u implementaciji temeljno novog, kvantnog Interneta.

Misterije kvantnog interneta

Kako funkcionira kvantni internet? Što je to i koja je njegova bit? Razlika je u tome što se temelji na zakonima kvantne mehanike. Znanstvenici su ga prihvatili kao vruće, oštro polje koje se može koristiti za opisivanje fenomena koji nisu u potpunosti shvaćeni. Jedan od njih je fotoelektrični efekt.

Paradoksi kvantne fizike u službi čovječanstva

Danas je jasno: u našoj bliskoj budućnosti ući će takav fenomen kao što je kvantni internet. Što nam to može donijeti ili kako će biti? Možda će ovo biti još jedan skok, sličan uvođenju poluvodičkih tranzistora u prošlosti.

Njegov princip se temelji na svojstvu superpozicije i kvantne isprepletenosti. Nema određeni spin, a pri mjerenju jednog, drugi pokazuje suprotno. Za potpunije razumijevanje, to znači da je svaka elementarna čestica koja nosi informaciju nevidljivo povezana sa svojim "zapetljanim" parom. Štoviše, udaljenost između njih ne igra nikakvu ulogu, informacije se prenose trenutno.

Upotrebom ovih anomalnih zakona otvaraju se velike mogućnosti u brzini i povjerljivosti prijenosa podataka. Nemoguće je presresti informacije poslane na ovaj način, a da ih ne primijetite: svako čitanje ostavlja tragove ili uništava izvornu informaciju.

Brzina je brža nego što se mislilo

Što se tiče najnovijih podataka o mjerenju brzine prijenosa podataka, oni zadivljuju našu maštu. Brzinu svjetlosti premašuje za desettisuću puta. No, najvjerojatnije će znanstvenici u budućnosti otkriti da je brzina prijenosa signala mnogo veća od prethodno utvrđene, kao što je kvantni internet. Što to znači? Što nam ovo može dati? Možda prijenos signala na dosad nezamislive udaljenosti u svemiru i nova otkrića.

Nove tehnologije u fotonima

U tehnologiji pretvaranja fotona u nosač informacija, ruski znanstvenici su pronašli upotrebu umjetno uzgojenih kristala, odnosno dijamanata.

Ispada da kada svjetlost prođe kroz kristale, ona poprima svojstvo tekućine i počinje stvarati kapi, vrtloge, valove. Može se usmjeriti bilo kojim kanalima. Općenito, ponaša se kao tekućina. Uključujući, može se širiti vrlo sporom brzinom ili čak zaustaviti.

Ovo je s jedne strane vrlo zanimljivo i vrlo važno, jer vam omogućuje da manipulirate svjetlom i radite bilo što, uključujući dobivanje takvog fenomena kao što je kvantna internetska mreža. To mu omogućuje da se koristi kao agent za prijenos informacija. Sada je njegov glavni nositelj električni naboj. Ali to je nesavršen objekt. Stoga svako kretanje ili ubrzanje električnog naboja dovodi do gubitaka energije koji odlaze u okolinu i zagrijavaju procesor i elemente mikrokruga.

Sam internet košta čovječanstvo više od 5% energije koju proizvodi. Stoga bi zamjena elektrona fotonima idealno dovela do smanjenja gubitka kolosalne količine energije. Sukladno tome, trošak samog internetapasti će.

Kvantni internet u Rusiji

Radovi u Rusiji na kvantnom internetu su jedinstveni. Unatoč niskom financiranju i svim vrstama prepreka, znanstvenici su proveli dovoljno eksperimenata i postigli vodeću poziciju u ovom području.

Kao rezultat toga, uspjeli smo stvoriti jedinstvenu instituciju visoke razine. Kombinira eksperimentalne i teorijske skupine kao i primijenjena istraživanja. Ovaj institut dijelom financira Gazprombank, dijelom država u raznim oblicima. U svakom slučaju, ovo je primjer koji bi ruska znanost trebala slijediti bez zaustavljanja ni pred čim.

Osvajanje novih teritorija

U trenutnoj fazi razvoja kvantnog interneta mogu se imenovati samo tehnologije zaštite podataka koje koriste kvantnu kriptografiju. Takve su mreže danas prilično jednostavne veze točka-točka. Znanstvenici imaju za cilj stvoriti suradnička rješenja koja kombiniraju različite kanale i metode šifriranja.

Ako pratite provedbu ideje, rezultati ruskih istraživača bit će značajniji. Jedan primjer je detektor jednofotonskog emitera koji se razvija u Institutu Kurchatov.

Za postojanje takvog otkrića kao što je kvantni internet, znanstvenici moraju riješiti poteškoće kombiniranja posebne opreme za kvantni prijenos podataka i telekomunikacijskih mreža koje postoje danas.

Glavni problemi leže u rješenju prebacivanja i pojačanja signala. Ako pošaljete informacije temeljene na kvantima putem standardnog optičkog vlakna, ono neće proći kroz regenerator. Stoga je jedno rješenje pretvoriti signal u električni i zatim se vratiti u prvobitni položaj.

Danas je granica tristo kilometara. To je udaljenost na kojoj je potrebno regenerirati optički signal. Također nam je potreban prototip kvantnog prekidača. Ukupan broj problematičnih zadataka može se riješiti tek u roku od deset godina. Ipak, u znanstvenim krugovima raspravljaju o mogućnosti "osedlanja" kvantnog Interneta. Što može donijeti i kako može pomoći? Danas nema jednoznačnog odgovora, ali rješenje problema uvođenja i dovođenja ovakvih tehnologija prosječnom građaninu svakako će poboljšati njegovu kvalitetu života i sigurnost.

Dolazi nova era

Kina je danas postavila ambiciozan projekt da napravi kvantni mrežni prijenos od 1200 kilometara pomoću satelita.

U ovom trenutku je dostignuta maksimalna udaljenost od stotinu kilometara. Znanstvenici su razvili kako zaštititi signal od utjecaja meteoroloških uvjeta. Međutim, ova senzacija vjerojatnije nije povezana s teleportacijom, koja se svake godine povećava, već s kvantnom kriptografijom, drugim riječima, novim sustavom šifriranja podataka.

Kvantni kod se ne može hakirati, točnije, kada se hakira, informacije nestaju. U eri cyber ratovanja to znači neranjivost. Kvantnu kriptografiju već dugo koriste oni koji traže jamstvasigurnost. Kako su, primjerice, prije nekoliko godina švicarske banke počele razmjenjivati podatke o svojim klijentima putem kvantne mreže. Danas su ograničeni na udaljenost od nekoliko desetaka kilometara. Ruski kvantni centar priprema se za uvođenje istog sustava, kao i za ovladavanje prijenosom kvantnog signala preko svemirskog satelita.

Uvod i implementacija

U međuvremenu, prva kvantna internetska mreža pokrenuta je u Sankt Peterburgu između dvije sveučilišne zgrade u Rusiji.

Informacije se prenose korištenjem zakona kvantne fizike. Najpametnije korporacije i vlade sada ulažu u ovo područje. Buduća tehnologija prijenosa informacija implementira se na temelju postojeće. Optički kabel, poznato računalo, ali novi usmjerivač i generator fotona.

Postojanje novog Interneta počinje s laserom, gdje se nalazi izvor pojedinačnih fotona. Imaju dobro svojstvo za prijenos informacija na siguran način. Jedan foton se ne može podijeliti. Ključ je formiran na način da čitanje nije moguće. Kako bi foton pretvorio u prijenosnik informacija, sustav mijenja svoje stanje, fazu oscilacije impulsnog vala. Danas je razina razvoja kvantne tehnologije usporediva s onim kako je mobilna komunikacija izgledala prije trideset godina, proći će još pet do deset godina i kvanti fotona će nam moći dati sigurnu informaciju Internet.

Kvantni internet u Kazanu

U Tatarstanu je pokrenuta kvantna internetska mreža, njezino eksperimentalno mjesto nalazi se u Kazanu. Ovaj programje važno postignuće u razvoju kvantnih komunikacija u Rusiji. Prema znanstvenicima, ona je apsolutno imuna na hakerske napade.

Danas se zaštita naše internetske mreže temelji na enkripciji matematičkih algoritama, ali čak i najsloženiji kod može biti razbijen. Što su računalne sposobnosti hakera moćnije, to je lakše i brže izračunati algoritam šifriranja.

Tehnologija opisana u članku postat će nova struktura mrežne sigurnosti. Kvantni internet u Kazanu bit će spojen u četiri čvora na udaljenosti od 30-40 kilometara jedan od drugog. Cijena biranja između dvije točke je oko sto tisuća dolara. U eksperimentalnom dijelu mreža je pokazala kvantnu brzinu interneta od 117 kb/s s udaljenosti od dva i pol kilometra. Ovaj rezultat je red veličine veći nego u europskim pokusima. U mreži je brzina prijenosa kvantnih bitova u optičkom kanalu bila dvadeset dB. Ovo je jednako stotinu kilometara dugoj liniji.

Vrijedi napomenuti da ovaj projekt uključuje radnu liniju telekomunikacijske mreže infrastrukture Tattelecoma.

Mreža će povezati gradove

U 2017. godini planira se započeti projekt uvođenja nove tehnologije. Quantum Internet u Tatarstanu omogućit će povezivanje ureda u različitim gradovima. To je jedan od glavnih zadataka Kazanskog kvantnog centra KNITU-KAI i njegovog voditelja. Gledajući njihove uspjehe, čovjek bez sumnje vjeruje da će to biti slučaj.