Kvantinis internetas – kas tai yra, kaip jis veikia? Privalumai. kvantinis tinklas

2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 10:34

Naujausi Europos ir Rusijos mokslininkų atlikti tyrimai parodė, kad kvantinės ir klasikinės informacijos judėjimas gali sėkmingai egzistuoti tų pačių šviesolaidinių duomenų perdavimo linijų ribose. Tai leidžia ateityje palaipsniui pereiti nuo įprasto interneto prie tinklo, pagrįsto elementariųjų dalelių paradoksais, kvantinio interneto tinklo.

Pagreitinkite tyrimus

Kompiuterių pramonėje bręsta revoliucija. Pensilvanijos universiteto fizikai teigė, kad įprastinių silicio lustų ribą pasieks po ketverių metų. Dar labiau jų sumažinti nebus įmanoma, todėl paprastiems kompiuteriams nebereikia ilgai gyventi.

Juos pakeis iš esmės naujos technologijos, kvantiniai kompiuteriai. Vietoj lustų bus elementarios dalelės. Dėl to galima drastiškai sumažinti dydį ir padidinti našumą. Kol kas šie prototipai nėra greitesni už silpną kompiuterį, tačiau tai tik laiko klausimas. Savo ruožtu, naudojant galingiausią potencialą, bus galima greičiau išspręstiproblemos ir sunkumai diegiant iš esmės naują, kvantinį internetą.

Kvantinio interneto paslaptys

Kaip veikia kvantinis internetas? Kas tai yra ir kokia jo esmė? Skirtumas tas, kad jis pagrįstas kvantinės mechanikos dėsniais. Mokslininkai jį priėmė kaip karštą, nervingą lauką, kuriuo galima apibūdinti reiškinius, kurie nėra iki galo suprantami. Vienas iš jų yra fotoelektrinis efektas.

Kvantinės fizikos paradoksai, tarnaujantys žmonijai

Šiandien aišku: netolimoje ateityje atsiras toks reiškinys kaip kvantinis internetas. Ką tai gali mums duoti arba kaip bus? Galbūt tai bus dar vienas šuolis, panašus į puslaidininkinių tranzistorių įvedimą praeityje.

Jo principas pagrįstas superpozicijos ir kvantinio susipynimo savybe. Jis neturi apibrėžto sukimosi, o matuojant vieną, antrasis rodo priešingai. Išsamesniam supratimui tai reiškia, kad kiekviena elementarioji dalelė, nešanti informaciją, yra nematomai susijusi su savo „susipainiojusia“pora. Be to, atstumas tarp jų nevaidina jokio vaidmens, informacija perduodama akimirksniu.

Naudojant šiuos nenormalius įstatymus, atsiveria didelės duomenų perdavimo greičio ir konfidencialumo galimybės. Neįmanoma perimti tokiu būdu siunčiamos informacijos nepastebimai: bet koks skaitymas palieka pėdsakus arba sunaikina pirminę informaciją.

Greitis didesnis nei manyta

Kalbant apie naujausius duomenų perdavimo greičio matavimo duomenis, jie stebina mūsų vaizduotę. Šviesos greitį jis viršija dešimčiatūkstantį kartų. Tačiau greičiausiai mokslininkai ateityje pastebės, kad signalo perdavimo greitis yra daug didesnis nei nustatyta anksčiau, toks yra kvantinis internetas. Ką tai reiškia? Ką tai gali mums duoti? Galbūt signalų perdavimas į anksčiau neįsivaizduojamus atstumus erdvėje ir nauji atradimai.

Naujos fotonų technologijos

Fotonų pavertimo informacijos laikmena technologijoje Rusijos mokslininkai nustatė, kad naudojami dirbtinai išauginti kristalai, būtent deimantai.

Pasirodo, kad šviesa eidama pro kristalus įgauna skysčio savybę ir pradeda formuoti lašus, sūkurius, bangas. Jis gali būti nukreiptas bet kokiais kanalais. Apskritai jis elgiasi kaip skystis. Įskaitant, jis gali plisti labai lėtai arba net sustoti.

Tai labai įdomu, viena vertus, ir labai svarbu, nes leidžia manipuliuoti šviesa ir daryti bet ką, įskaitant tokį reiškinį kaip kvantinis interneto tinklas. Tai leidžia jį naudoti kaip informacijos perdavimo agentą. Dabar pagrindinis jo nešėjas yra elektros krūvis. Bet tai netobulas objektas. Todėl bet koks elektros krūvio judėjimas ar pagreitis sukelia energijos nuostolius, kurie patenka į aplinką ir kaitina procesorių bei mikroschemos elementus.

Pats internetas žmonijai kainuoja daugiau nei 5 % jo pagaminamos energijos. Todėl elektrono pakeitimas fotonais idealiu atveju sumažintų milžiniško energijos kiekio praradimą. Atitinkamai, paties interneto kainakris.

Kvantinis internetas Rusijoje

Rusijos darbai kvantinio interneto srityje yra unikalūs. Nepaisant mažo finansavimo ir įvairiausių kliūčių, mokslininkai atliko pakankamai eksperimentų ir užėmė lyderio poziciją šioje srityje.

Todėl mums pavyko sukurti unikalią aukšto lygio instituciją. Jis jungia eksperimentines ir teorines grupes bei taikomuosius tyrimus. Šį institutą įvairiomis formomis iš dalies finansuoja „Gazprombank“, iš dalies – valstybė. Bet kokiu atveju tai yra pavyzdys, kuriuo Rusijos mokslas turėtų sekti, nesustodamas prie nieko.

Naujų teritorijų užkariavimas

Dabartiniame kvantinio interneto vystymosi etape galima pavadinti tik kvantinę kriptografiją naudojančias duomenų apsaugos technologijas. Tokie tinklai šiandien yra gana paprasti tiesioginiai ryšiai. Mokslininkai siekia sukurti bendradarbiavimo sprendimus, kuriuose būtų derinami skirtingi kanalai ir šifravimo metodai.

Jei stebėsite idėjos įgyvendinimą, Rusijos mokslininkų rezultatai bus reikšmingesni. Vienas iš pavyzdžių – Kurchatovo institute kuriamas vieno fotono spinduliuotės detektorius.

Kad egzistuotų toks atradimas kaip kvantinis internetas, mokslininkai turi išspręsti sudėtingas problemas, kylančias dėl šiandien egzistuojančių specialios kvantinių duomenų perdavimo įrangos ir telekomunikacijų tinklų derinimo.

Pagrindinės problemos kyla dėl perjungimo ir signalo stiprinimo. Jei siunčiate kvantinę informaciją standartiniu optiniu pluoštu, ji nepraeis per regeneratorių. Todėl vienas iš sprendimų yra signalą paversti elektriniu ir grįžti į pradinę padėtį.

Šiandien riba yra trys šimtai kilometrų. Tai atstumas, per kurį būtina atkurti optinį signalą. Mums taip pat reikia kvantinio jungiklio prototipo. Visą probleminių užduočių kiekį galima išspręsti tik per dešimt metų. Nepaisant to, moksliniuose sluoksniuose jie ginčijasi dėl galimybės „pakabinti“kvantinį internetą. Ką tai gali duoti ir kaip gali padėti? Šiandien nėra vienareikšmio atsakymo, tačiau tokių technologijų diegimo ir pristatymo paprastam piliečiui problemos sprendimas tikrai pagerins jo gyvenimo kokybę ir saugumą.

Ateina nauja era

Kinija šiandien ėmėsi ambicingo projekto, kuriuo siekiama 1200 kilometrų kvantinio tinklo perdavimo naudojant palydovą.

Šiuo metu pasiektas didžiausias šimto kilometrų atstumas. Mokslininkai sukūrė, kaip apsaugoti signalą nuo meteorologinių sąlygų poveikio. Tačiau šis pojūtis greičiausiai susijęs ne su teleportacija, kurios kasmet daugėja, o su kvantine kriptografija, kitaip tariant, nauja duomenų šifravimo sistema.

Kvantinis kodas negali būti nulaužtas, tiksliau, kai jis yra nulaužtas, informacija dingsta. Kibernetinio karo laikais tai reiškia nepažeidžiamumą. Kvantinę kriptografiją jau seniai naudoja tie, kurie siekia garantijųsaugumo. Kaip, pavyzdžiui, prieš keletą metų Šveicarijos bankai pradėjo keistis duomenimis apie savo klientus per kvantinį tinklą. Šiandien jie apsiriboja kelių dešimčių kilometrų atstumu. Rusijos kvantinis centras ruošiasi įdiegti tą pačią sistemą, taip pat įvaldyti kvantinio signalo perdavimą per kosminį palydovą.

Įvadas ir įgyvendinimas

Tuo tarpu Sankt Peterburge tarp dviejų universitetų pastatų Rusijoje buvo paleistas pirmasis kvantinis interneto tinklas.

Informacija perduodama naudojant kvantinės fizikos dėsnius. Sumaniausios korporacijos ir vyriausybės dabar investuoja į šią sritį. Ateities informacijos perdavimo technologija diegiama esamos pagrindu. Šviesolaidinis kabelis, pažįstamas kompiuteris, bet naujas maršruto parinktuvas ir fotonų generatorius.

Naujojo interneto egzistavimas prasideda nuo lazerio, kuriame yra pavienių fotonų š altinis. Jie turi gerą savybę saugiai perduoti informaciją. Vienas fotonas negali būti padalintas. Raktas suformuotas taip, kad skaityti neįmanoma. Kad fotonas paverstų informacijos nešikliu, sistema pakeičia jo būseną, impulsinės bangos virpesių fazę. Šiandien kvantinių technologijų išsivystymo lygis yra panašus į tai, kaip atrodė mobilusis ryšys prieš trisdešimt metų, praeis dar penkeri–dešimt metų ir fotonų kvantai galės suteikti mums saugų informacijos internetą.

Kvantinis internetas Kazanėje

Tatarstane paleistas kvantinis interneto tinklas, jo eksperimentinė vieta yra Kazanėje. Ši programayra svarbus pasiekimas plėtojant kvantines komunikacijas Rusijoje. Pasak mokslininkų, ji yra visiškai apsaugota nuo įsilaužėlių atakų.

Šiandien mūsų interneto tinklo apsauga pagrįsta matematinių algoritmų šifravimu, tačiau net ir sudėtingiausias kodas gali būti nulaužtas. Kuo galingesni įsilaužėlių skaičiavimo gebėjimai, tuo lengviau ir greičiau galima apskaičiuoti šifravimo algoritmą.

Straipsnyje aprašyta technologija taps nauja tinklo saugumo struktūra. Kvantinis internetas Kazanėje bus sujungtas į keturis mazgus, esančius 30-40 kilometrų atstumu vienas nuo kito. Pasirinkimas tarp dviejų taškų kainuoja apie šimtą tūkstančių dolerių. Eksperimentinėje dalyje tinklas parodė 117 kb / s kvantinį interneto greitį dviejų su puse kilometro atstumu. Šis rezultatas yra daug didesnis nei Europos bandymų metu. Tinkle kvantinių bitų perdavimo nuostolių greitis optiniame kanale buvo dvidešimt dB. Tai prilygsta šimto kilometrų ilgio linijai.

Verta pažymėti, kad šis projektas apima Tattelecom infrastruktūros telekomunikacijų tinklo veikimo liniją.

Tinklas sujungs miestus

2017 metais planuojama pradėti naujų technologijų diegimo projektą. Kvantinis internetas Tatarstane leis sujungti biurus skirtinguose miestuose. Tai vienas pagrindinių Kazanės kvantinio centro KNITU-KAI ir jo vadovo iškeltų uždavinių. Stebint jų sėkmę, be jokios abejonės tikime, kad taip ir bus.