Kvantni internet - kaj je to, kako deluje? Prednosti. kvantno omrežje

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 10:40

Nedavne študije, ki so jih izvedli evropski in ruski znanstveniki, so pokazale, da lahko gibanje kvantnih in klasičnih informacij uspešno sobiva znotraj meja istih optičnih podatkovnih vodov. To v prihodnosti omogoča postopen prehod iz običajnega interneta v omrežje, ki temelji na paradoksih osnovnih delcev, kvantno internetno omrežje.

Pospešite raziskavo

V računalniški industriji se pripravlja revolucija. Fiziki z univerze v Pensilvaniji so povedali, da bodo običajni silicijevi čipi dosegli svojo mejo v štirih letih. Ne bo jih mogoče dodatno zmanjšati, tako da navadnim računalnikom ni dolgo živeti.

Zamenjale jih bodo bistveno nove tehnologije, kvantni računalniki. Namesto čipov bodo osnovni delci. Zahvaljujoč temu je mogoče drastično zmanjšati velikost in povečati produktivnost. Zaenkrat ti prototipi niso nič hitrejši od šibkega računalnika, a je le vprašanje časa. Po drugi strani pa bo z uporabo najmočnejšega potenciala mogoče hitreje rešititežave in težave pri implementaciji bistveno novega, kvantnega interneta.

Skrivnosti kvantnega interneta

Kako deluje kvantni internet? Kaj je in kaj je njegovo bistvo? Razlika je v tem, da temelji na zakonih kvantne mehanike. Znanstveniki so ga sprejeli kot vroče, ostro področje, ki ga je mogoče uporabiti za opis pojavov, ki niso popolnoma razumljeni. Eden od njih je fotoelektrični učinek.

Paradoksi kvantne fizike v službi človeštva

Danes je jasno: v naši bližnji prihodnosti bo vstopil takšen pojav, kot je kvantni internet. Kaj nam to lahko prinese oziroma kako bo? Morda bo to še en preskok, podoben uvedbi polprevodniških tranzistorjev v preteklosti.

Njegov princip temelji na lastnosti superpozicije in kvantne prepletenosti. Nima določenega vrtenja, pri merjenju enega pa drugi kaže nasprotno. Za bolj popolno razumevanje to pomeni, da je vsak elementarni delec, ki nosi informacijo, nevidno povezan s svojim "zapletenim" parom. Poleg tega razdalja med njima ne igra nobene vloge, informacije se posredujejo takoj.

Z uporabo teh nenavadnih zakonov se odpirajo velike priložnosti pri hitrosti in zaupnosti prenosa podatkov. Nemogoče je prestreči informacij, poslanih na ta način, ne da bi bili opaženi: vsako branje pusti sledi ali uniči izvirne informacije.

Hitrost je hitrejša od misli

Najnovejši podatki o merjenju hitrosti prenosa podatkov navdušujejo našo domišljijo. Za deset presega svetlobno hitrosttisočkrat. Toda najverjetneje bodo znanstveniki v prihodnosti ugotovili, da je hitrost prenosa signala veliko višja od prej določenih, kot je kvantni internet. Kaj to pomeni? Kaj nam to lahko da? Morda prenos signalov na prej nepredstavljive razdalje v vesolju in nova odkritja.

Nove tehnologije v fotonih

Pri tehnologiji pretvorbe fotonov v nosilec informacij so ruski znanstveniki odkrili uporabo umetno vzgojenih kristalov, in sicer diamantov.

Izkazalo se je, da ko svetloba prehaja skozi kristale, pridobi lastnost tekočine in začne tvoriti kapljice, vrtince, valove. Lahko se usmeri po vseh kanalih. Na splošno se obnaša kot tekočina. Vključno z njim se lahko širi zelo počasi ali se celo ustavi.

To je po eni strani zelo zanimivo in zelo pomembno, saj vam omogoča, da manipulirate s svetlobo in počnete karkoli, vključno s pridobivanjem takega pojava, kot je kvantno internetno omrežje. To omogoča, da se uporablja kot agent za prenos informacij. Zdaj je njegov glavni nosilec električni naboj. Je pa nepopoln predmet. Zato vsako premikanje ali pospeševanje električnega naboja vodi do izgub energije, ki gredo v okolje in segrejejo procesor in elemente mikrovezja.

Internet sam stane človeštvo več kot 5 % energije, ki jo proizvede. Zato bi zamenjava elektrona s fotoni idealno vodila do zmanjšanja izgube ogromne količine energije. V skladu s tem stroški samega internetabo padel.

Kvantni internet v Rusiji

Dela v Rusiji na kvantnem internetu so edinstvena. Kljub nizkemu financiranju in vsem vrstam ovir so znanstveniki izvedli dovolj eksperimentov in dosegli vodilni položaj na tem področju.

Kot rezultat, nam je uspelo ustvariti edinstveno institucijo na visoki ravni. Združuje eksperimentalne in teoretične skupine ter uporabne raziskave. Ta inštitut delno financira Gazprombank, delno država v različnih oblikah. Vsekakor je to zgled, ki bi mu morala slediti ruska znanost, ne da bi se pri ničemer ustavila.

Osvajanje novih ozemelj

Na trenutni stopnji razvoja kvantnega interneta je mogoče poimenovati samo tehnologije za zaščito podatkov, ki uporabljajo kvantno kriptografijo. Takšna omrežja so danes dokaj preproste povezave od točke do točke. Znanstveniki želijo ustvariti rešitve za sodelovanje, ki združujejo različne kanale in metode šifriranja.

Če boste sledili izvajanju ideje, bodo rezultati ruskih raziskovalcev pomembnejši. En primer je detektor enofotonskega oddajnika, ki ga razvijajo na inštitutu Kurchatov.

Za obstoj takšnega odkritja, kot je kvantni internet, morajo znanstveniki rešiti težave pri kombiniranju posebne opreme za kvantni prenos podatkov in telekomunikacijskih omrežij, ki obstajajo danes.

Glavni problemi so v rešitvi preklapljanja in ojačanja signala. Če pošljete kvantno zasnovano informacijo preko standardnega optičnega vlakna, potem ne bo šlo skozi regenerator. Zato je ena od rešitev, da spremenite signal v električni in se nato vrnete v prvotni položaj.

Danes je omejitev tristo kilometrov. To je razdalja, na kateri je treba regenerirati optični signal. Potrebujemo tudi prototip kvantnega stikala. Skupno količino problematičnih nalog je mogoče rešiti le v desetih letih. Kljub temu se v znanstvenih krogih prepirajo o možnosti "sedlanja" kvantnega interneta. Kaj lahko prinese in kako lahko pomaga? Danes nedvoumnega odgovora ni, vendar bo rešitev vprašanja uvajanja in približevanja tovrstnih tehnologij povprečnemu državljanu zagotovo izboljšala njegovo kakovost življenja in varnost.

Prihaja nova doba

Kitajska si je danes zadala ambiciozen projekt za prenos 1200 kilometrov kvantnega omrežja s pomočjo satelita.

Trenutno je dosežena največja razdalja sto kilometrov. Znanstveniki so razvili, kako zaščititi signal pred vplivi meteoroloških razmer. Vendar ta občutek bolj verjetno ni povezan s teleportacijo, ki se vsako leto povečuje, ampak s kvantno kriptografijo, z drugimi besedami, novim sistemom šifriranja podatkov.

Kvantne kode ni mogoče vdreti, natančneje, ko je vdrta, informacije izginejo. V dobi kibernetskega vojskovanja to pomeni neranljivost. Kvantno kriptografijo že dolgo uporabljajo tisti, ki iščejo jamstvavarnost. Kako so na primer pred nekaj leti švicarske banke začele izmenjevati podatke o svojih strankah prek kvantnega omrežja. Danes so omejeni na razdaljo nekaj deset kilometrov. Ruski kvantni center se pripravlja na uvedbo istega sistema, pa tudi na obvladovanje prenosa kvantnega signala preko vesoljskega satelita.

Uvod in implementacija

Medtem je bilo v Sankt Peterburgu med dvema univerzitetnima zgradbama v Rusiji zagnano prvo kvantno internetno omrežje.

Informacije se prenašajo z uporabo zakonov kvantne fizike. Najpametnejše korporacije in vlade zdaj vlagajo v to področje. Prihodnja tehnologija prenosa informacij se izvaja na podlagi obstoječe. Optični kabel, znan računalnik, vendar nov usmerjevalnik in fotonski generator.

Obstoj novega interneta se začne z laserjem, kjer se nahaja vir posameznih fotonov. Imajo dobro lastnost za prenos informacij na varen način. En sam foton ni mogoče razdeliti. Ključ je oblikovan tako, da branje ni možno. Da bi foton spremenil v nosilec informacij, sistem spremeni svoje stanje, fazo nihanja impulznega valovanja. Danes je stopnja razvoja kvantne tehnologije primerljiva s tem, kako so bile mobilne komunikacije videti pred tridesetimi leti, minilo bo še pet do deset let in fotonski kvanti nam bodo lahko dali varen informacijski internet.

Kvantni internet v Kazanu

Kvantno internetno omrežje je bilo zagnano v Tatarstanu, njegovo eksperimentalno mesto se nahaja v Kazanu. Ta programje pomemben dosežek v razvoju kvantnih komunikacij v Rusiji. Po mnenju znanstvenikov je popolnoma imuna na hekerske napade.

Danes zaščita našega internetnega omrežja temelji na šifriranju matematičnih algoritmov, vendar je mogoče razbiti tudi najbolj zapleteno kodo. Čim močnejše so računalniške sposobnosti hekerjev, tem lažje in hitreje je izračunati algoritem šifriranja.

Tehnologija, opisana v članku, bo postala nova varnostna struktura omrežja. Kvantni internet v Kazanu bo združen v štiri vozlišča na razdalji 30-40 kilometrov drug od drugega. Stroški izbiranja med dvema točkama so približno sto tisoč dolarjev. V eksperimentalnem delu je omrežje pokazalo kvantno internetno hitrost 117 kb / s z razdaljo dveh kilometrov in pol. Ta rezultat je za red večji kot v evropskih preskušanjih. V omrežju je bila hitrost prenosne izgube kvantnih bitov v optičnem kanalu dvajset dB. To je enako sto kilometrov dolgi progi.

Omeniti velja, da ta projekt vključuje obratovalni vod telekomunikacijskega omrežja infrastrukture Tattelecom.

Omrežje bo povezovalo mesta

V letu 2017 je načrtovan začetek projekta uvajanja nove tehnologije. Kvantni internet v Tatarstanu bo omogočil povezovanje pisarn v različnih mestih. To je ena glavnih nalog Kazanskega kvantnega centra KNITU-KAI in njegovega vodje. Ob opazovanju njihovih uspehov človek brez dvoma verjame, da bo tako.