Kvantni internet - šta je to, kako funkcioniše? Prednosti. kvantna mreža

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 10:20

Nedavne studije koje su sproveli evropski i ruski naučnici su pokazale da kretanje kvantnih i klasičnih informacija može uspešno koegzistirati unutar granica istih optičkih linija za prenos podataka. Ovo u budućnosti omogućava postepeni prelazak sa uobičajenog interneta na mrežu zasnovanu na paradoksima elementarnih čestica, kvantnu internet mrežu.

Ubrzajte istraživanje

Revolucija se sprema u kompjuterskoj industriji. Fizičari sa Univerziteta u Pensilvaniji rekli su da će konvencionalni silicijumski čipovi dostići svoj limit za četiri godine. Neće ih biti moguće dalje smanjivati, tako da obični kompjuteri nemaju dugo vremena za život.

Njih će zamijeniti fundamentalno nove tehnologije, kvantni kompjuteri. Umjesto čipova biće elementarne čestice. Zahvaljujući tome, moguće je drastično smanjiti veličinu i povećati produktivnost. Za sada, ovi prototipovi nisu brži od slabog računara, ali samo je pitanje vremena. Zauzvrat, koristeći najmoćniji potencijal, bit će moguće brže riješitiproblemi i poteškoće u implementaciji fundamentalno novog, kvantnog Interneta.

Misterije kvantnog interneta

Kako funkcioniše kvantni internet? Šta je to i koja je njegova suština? Razlika je u tome što se zasniva na zakonima kvantne mehanike. Naučnici su ga prihvatili kao vruće, oštro polje koje se može koristiti za opisivanje fenomena koji nisu u potpunosti shvaćeni. Jedan od njih je fotoelektrični efekat.

Paradoksi kvantne fizike u službi čovječanstva

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

Njegov princip je zasnovan na svojstvu superpozicije i kvantne isprepletenosti. Ona nema definitivan spin, a kada se meri jedan, drugi pokazuje suprotno. Za potpunije razumijevanje, to znači da je svaka elementarna čestica koja nosi informaciju nevidljivo povezana sa svojim "upletenim" parom. Štaviše, 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 koje se šalju 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 desethiljadu puta. Ali, najvjerovatnije, naučnici će u budućnosti otkriti da je brzina prijenosa signala mnogo veća od ranije utvrđene, kao što je kvantni internet. Šta to znači? Šta nam ovo može dati? Možda prijenos signala na ranije nezamislive udaljenosti u svemiru i nova otkrića.

Nove tehnologije u fotonima

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

Ispostavilo se da kada svjetlost prođe kroz kristale, ona poprima svojstvo tečnosti i počinje da formira kapi, vrtloge, talase. Može se usmjeriti bilo kojim kanalima. Generalno, ponaša se kao tečnost. Uključujući, može se širiti vrlo sporom brzinom ili čak zaustaviti.

Ovo je s jedne strane veoma interesantno i veoma važno, jer vam omogućava da manipulišete svetlošću i radite bilo šta, uključujući i dobijanje takvog fenomena kao što je kvantna internet mreža. To mu omogućava da se koristi kao agent za prijenos informacija. Sada je njegov glavni nosilac električni naboj. Ali to je nesavršen objekat. Stoga, svako kretanje ili ubrzanje električnog naboja dovodi do gubitaka energije koji odlaze u okolinu i zagrijavaju procesor i elemente mikrokola.

Sam Internet košta čovječanstvo više od 5% energije koju proizvodi. Stoga bi zamjena elektrona fotonima idealno dovela do smanjenja gubitka kolosalne količine energije. Shodno tome, cijena samog internetaće pasti.

Kvantni internet u Rusiji

Radovi u Rusiji na kvantnom internetu su jedinstveni. Uprkos niskom finansiranju i svim vrstama prepreka, naučnici su sproveli dovoljno eksperimenata i postigli vodeću poziciju u ovoj oblasti.

Kao rezultat toga, uspjeli smo stvoriti jedinstvenu instituciju na visokom nivou. Kombinira eksperimentalne i teorijske grupe kao i primijenjena istraživanja. Ovaj institut dijelom finansira Gazprombank, dijelom država u različitim oblicima. U svakom slučaju, ovo je primjer koji bi ruska nauka 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 mreže danas su prilično jednostavne veze od tačke do tačke. Naučnici imaju za cilj stvoriti rješenja za saradnju koja kombinuju različite kanale i metode šifriranja.

Ako pratite implementaciju ideje, rezultati ruskih istraživača će biti značajniji. Jedan primjer je detektor jednofotonskog emitera koji se razvija u Kurčatovskom institutu.

Za postojanje takvog otkrića kao što je kvantni internet, naučnici moraju da reše poteškoće kombinovanja specijalne opreme za kvantni prenos podataka i telekomunikacijskih mreža koje postoje danas.

Glavni problemi leže u rješenju komutacije i pojačanja signala. Ako pošaljete kvantno zasnovanu informaciju preko standardnog optičkog vlakna, ona neće proći kroz regenerator. Stoga je jedno rješenje pretvoriti signal u električni i zatim se vratiti u prvobitni položaj.

Danas je granica tri stotine kilometara. Ovo je udaljenost na kojoj je potrebno regenerirati optički signal. Potreban nam je i prototip kvantnog prekidača. Ukupan broj problematičnih zadataka može se riješiti samo u roku od deset godina. Ipak, u naučnim krugovima se raspravlja o mogućnosti „osedlanja“kvantnog interneta. Šta može donijeti i kako može pomoći? Danas ne postoji jednoznačan odgovor, ali rješenje pitanja uvođenja i dovođenja ovakvih tehnologija do prosječnog građanina sigurno će poboljšati njegov kvalitet života i sigurnost.

Nova era dolazi

Kina je danas postavila ambiciozan projekat da napravi 1200 kilometara kvantni mrežni prenos pomoću satelita.

U ovom trenutku je dostignuta maksimalna udaljenost od sto kilometara. Naučnici su razvili kako da zaštite signal od uticaja meteoroloških uslova. Međutim, ova senzacija vjerojatnije nije povezana s teleportacijom, koja se svake godine povećava, već s kvantnom kriptografijom, drugim riječima, novim sistemom šifriranja podataka.

Kvantni kod se ne može hakovati, tačnije, kada se hakuje, informacije nestaju. U eri sajber ratovanja, to znači neranjivost. Kvantnu kriptografiju već dugo koriste oni koji traže garancijesigurnost. Kako su, na primjer, prije nekoliko godina švicarske banke počele razmjenjivati podatke o svojim klijentima putem kvantne mreže. Danas su ograničeni na udaljenost od nekoliko desetina kilometara. Ruski kvantni centar se sprema da uvede isti sistem, kao i da ovlada prenosom kvantnog signala preko svemirskog satelita.

Uvod i implementacija

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

Informacije se prenose korištenjem zakona kvantne fizike. Najpametnije korporacije i vlade sada ulažu u ovu oblast. Buduća tehnologija prenosa informacija implementira se na osnovu postojeće. Optički kabl, poznati kompjuter, ali novi ruter i fotonski generator.

Postojanje novog Interneta počinje laserom, gdje se nalazi izvor pojedinačnih fotona. Imaju dobro svojstvo za prenošenje informacija na siguran način. Jedan foton se ne može podijeliti. Ključ je formiran na način da čitanje nije moguće. Da bi foton pretvorio u nosilac informacija, sistem menja svoje stanje, fazu oscilovanja impulsnog talasa. Danas je nivo razvoja kvantne tehnologije uporediv sa onim kako su mobilne komunikacije izgledale prije trideset godina, proći će još pet do deset godina i fotonski kvanti će nam moći dati sigurnu informaciju Internet.

Kvantni internet u Kazanju

Kvantna internet mreža je pokrenuta u Tatarstanu, njena eksperimentalna lokacija se nalazi u Kazanju. Ovaj programje važno dostignuće u razvoju kvantnih komunikacija u Rusiji. Prema naučnicima, ona je apsolutno imuna na hakerske napade.

Danas je zaštita naše internet mreže zasnovana na enkripciji matematičkih algoritama, ali čak i najsloženiji kod može biti probijen. Što su računarske sposobnosti hakera moćnije, to je lakše i brže izračunati algoritam šifriranja.

Tehnologija opisana u članku će postati nova struktura mrežne sigurnosti. Kvantni internet u Kazanju će biti kombinovan u četiri čvora na udaljenosti od 30-40 kilometara jedan od drugog. Cijena biranja između dvije tačke je oko sto hiljada dolara. U eksperimentalnoj sekciji mreža je pokazala kvantnu internet brzinu od 117 kb/s sa udaljenosti od dva i po kilometra. Ovaj rezultat je za red veličine veći nego u evropskim ispitivanjima. U mreži je brzina prijenosa kvantnih bitova u optičkom kanalu iznosila dvadeset dB. Ovo je ekvivalent liniji od stotinu kilometara.

Vrijedi napomenuti da ovaj projekat uključuje radnu liniju telekomunikacijske mreže Tattelecom infrastrukture.

Mreža će povezati gradove

U 2017. planiran je početak projekta uvođenja nove tehnologije. Quantum Internet u Tatarstanu će omogućiti povezivanje ureda u različitim gradovima. Ovo je jedan od glavnih zadataka Kazanskog kvantnog centra KNITU-KAI i njegovog vođe. Gledajući njihove uspjehe, čovjek bez sumnje vjeruje da će to biti slučaj.