Квантовий інтернет - що це, як працює? Переваги. Квантова мережу

Відео: НАУКА ЗА хвилин _ Квантовий комп`ютер

Останні дослідження, реалізовані європейськими та російськими вченими, показали, що переміщення квантової і класичної інформації може вдало співіснувати в межах одних і тих же оптоволоконних ліній трансляції даних. Це дає можливість в майбутньому для поступового переходу від звичного інтернету, до мережі на основі парадоксів елементарних частинок, мережі квантового інтернету.

Прискорюємося в дослідженнях

У комп`ютерній індустрії назріває переворот. Фізики з Пенсільванського університету заявили, що через чотири роки звичайні кремнієві мікросхеми досягнуто своєї межі. Зменшувати їх далі буде не можливо, тому звичайним комп`ютерам залишилося жити недовго.

На їх зміну прийдуть принципово нові технології, квантові комп`ютери. Замість мікросхем знаходитимуться елементарні частинки. Завдяки цьому можливо різко зменшити розміри і підвищити продуктивність. Бувай ці прототипи працюють не швидше слабкого комп`ютера, але це всього лише питання часу. У свою чергу, використовуючи потужний потенціал, вдасться швидше вирішити проблеми і складності при впровадженні принципово нового, квантового інтернету.

Загадки квантового інтернету

Як працює квантовий інтернет? Що це таке і в чому його суть? Відмінність в тому, що він базується на законах квантової механіки. Вона була сприйнята вченими як гаряча, різка область, яка може бути застосована для опису явищ, до кінця не понятих. Одним з них вважається фотоелектричний ефект.

Парадокси квантової фізики на службі у людства

На сьогодні зрозуміло: в наше найближче майбутнє увійде таке явище, як квантовий інтернет. Що це може нам принести або як це буде? Можливо, це буде черговий стрибок, подібний впровадження напівпровідникових транзисторів в минулому.

Принцип його заснований на властивості суперпозиції і квантової заплутаності. Він не має певного спина і при вимірюванні однієї, друга показує протилежний. Для більш повного розуміння це означає, що кожна елементарна частинка, яка несе інформацію, невидимо пов`язана з її «заплутаною» парою. Причому відстань між ними не грає жодної ролі, інформація передається миттєво.

Використовуючи ці аномальні закони, відкриваються величезні можливості в швидкості і конфіденційності передачі даних. Перехопити інформацію, відправлену таким шляхом, залишившись непоміченим, неможливо: будь-читання залишає сліди, або знищує вихідну інформацію.

Швидкість швидше думки

Що стосується останніх даних по виміру швидкості передачі даних, то вони вражають нашу уяву. вона перевищує швидкість світла в десять тисяч разів. Але, швидше за все, вчені в майбутньому виявлять, що швидкість передачі сигналу набагато вище певної раніше, такий квантовий інтернет. Що це означає? Що нам може це дати? Можливо, передачу сигналів на раніше немислимі відстані в космосі і нові відкриття.

Нові технології в фотонах

В технології перетворення фотонів в носій інформації російські вчені знайшли застосування штучно вирощених кристалів, а саме алмазів. Виявляється, коли світло проходить через кристали, він набуває властивість рідини і починає формувати краплі, вихори, хвилі. Його можна направляти з яких-небудь каналах. Загалом, поводиться, як рідина. У тому числі він може поширюватися з дуже повільною швидкістю або навіть зупинитися.

Відео: Квантовий інтернет

Це дуже цікаво з одного боку і дуже важливо, оскільки це дозволяє маніпулювати зі світлом і робити, що завгодно, в тому числі, отримати таке явище, як квантова мережа інтернет. Це дозволяє його використовувати в якості агента передачі інформації. Зараз головним її носієм є електричний заряд. Але це недосконалий об`єкт. Тому будь-який рух або прискорення електричного заряду призводить до втрат енергії, яка йде в навколишнє середовище і нагріває процесор і елементи мікросхем.

Відео: У Росії запустили першу квантову інтернет-мережу в блозі Інформаційні технології

Інтернет сам по собі коштує вже людству більше 5% виробленої їм енергії. Тому заміна електрона фотонами в ідеальному варіанті призведе до скорочення втрат колосальної кількості енергії. Відповідно, собівартість самого інтернету впаде.

Квантовий інтернет в Росії

Роботи в Росії по квантовому інтернету унікальні. Не дивлячись на мале фінансування і всілякі перепони, вчені провели досить експериментів і домоглися в цій області фактично лідируючого положення. В результаті вдалося створити унікальний, високого рівня інститут. Він поєднує в собі експериментальні і теоретичні групи, а також прикладні дослідження. Цей інститут фінансується частково «Газпромбанком», частково державою в різних формах. У будь-якому випадку, це той приклад, яким повинна слідувати російська наука, не зупиняючись ні перед чим.

Підкорюємо нові території

На нинішньому етапі розвитку квантового інтернету можна назвати тільки технології захисту даних за допомогою квантової криптографії. Подібні мережі на сьогодні є досить прості з`єднання точка-точка. Вчені прагнуть створювати спільні рішення, на підставі яких об`єднуються різні канали і способи шифрування.

Відео: Євген Глушков - На порозі ери квантових комп`ютерів

Якщо простежити за реалізацією ідеї, то результати російських дослідників виявляться більш істотними. Один із прикладів - це детектор однофотонного випромінювача, що розробляється в Курчатовський інститут.

Для існування такого відкриття, як квантова мережа інтернет, вченим необхідно вирішити складності поєднання особливого оснащення для квантової передачі даних і існуючих на сьогодні телекомунікаційних мереж.

Основні питання лежать в рішенні комутації і посилення сигналу. Якщо відправити інформацію на основі кванта, за стандартним оптоволокну, то він не пройде через регенератор. Тому один з варіантів вирішення це перетворення сигналу в електричний і потім повернення в початкове положення.

На сьогодні межа дорівнює трьомстам кілометрам. Це дистанція, на якій необхідно виробляти регенерацію оптичного сигналу. Також потрібен прототип квантового комутатора. Загальний обсяг наявності проблемних завдань може бути вирішене тільки в межах десяти років. Проте, в учених колах стверджують про можливість «осідлати» квантовий інтернет. Що це може принести і чим допомогти? На сьогодні немає однозначної відповіді, але вирішення питання про впровадження та доведенні подібних технологій до пересічному жителю, однозначно підвищить його якість життя і безпеку.

Нова епоха настає

Китай на сьогодні поставив амбітний проект, зробити передачу з квантової мережі на 1200 кілометрів, використовуючи супутник. На даний момент досягнута дистанція максимум сто кілометрів. Вчені розробили, як уберегти сигнал від впливу метеорологічних умов. Втім, ця сенсація швидше пов`язана не з телепортацией, яка збільшується з кожним роком, а з квантової криптографією, іншими словами, новою системою шифрування даних.

Квантовий код немає можливості зламати, точніше при його злом інформація пропадає. В епоху кібервійни це означає невразливість. Квантової криптографією давно користуються ті, хто шукає гарантії безпеки. Як, наприклад, кілька років тому швейцарські банки почали обмінюватися даними про своїх клієнтів через квантову мережу. На сьогодні вони обмежені відстанню кілька десятків кілометрів. Таку ж систему готується впроваджувати Російський квантовий центр, а також освоїти передачу квантового сигналу через космічний супутник.

Впровадження і реалізація

А в цей час в Петербурзі між двома будівлями університету в Росії запустили першу квантову інтернет мережу. Інформація передається, використовуючи закони квантової фізики. У цю область зараз інвестують найрозумніші корпорації і уряди. Майбутня технологія передачі інформації впроваджується на базі існуючої. Оптоволоконний кабель, звичний комп`ютер, але новий роутер і генератор фотонів.

Існування нового інтернету починається з лазера, де знаходиться джерело одиночних фотонів. Вони володіють хорошим властивістю для того, щоб передавати інформацію захищеним шляхом. Одиночний фотон не можна розділити. Ключ формується таким чином, що читання не можливо. Щоб перетворити фотон в носій інформації, система змінює його стан, фазу коливання імпульсної хвилі. Сьогодні рівень розвитку квантової технології можна порівняти з тим, як виглядала мобільний зв`язок тридцять років тому, ще пройде п`ять-десять років і кванти фотона зможуть нам подарувати безпечний інформаційний інтернет.

Квантовий інтернет в Казані

У Татарстані запустили квантову інтернет мережу, її експериментальна ділянка знаходиться в Казані. Ця програма є важливим досягненням у розвитку квантової зв`язку в Росії. Як стверджують вчені, вона абсолютно невразлива для хакерських атак.

Сьогодні захист нашої інтернет мережі заснована на шифруванні математичних алгоритмів, але навіть найскладніший код можна зламати. Чим могутніше обчислювальні здатності у хакерів, тим простіше і швидше прорахувати алгоритм шифрування.

Описувана в статті технологія стане новою структурою мережевої безпеки. Квантовий інтернет в Казані буде об`єднаний в чотири вузли на відстані 30-40 кілометрів один від одного. Вартість комплектації між двома точками становить близько ста тисяч доларів. На експериментальній ділянці мережу показала швидкість квантового інтернету 117кб / c з дистанцією два з половиною кілометри. Цей результат на порядок вище, ніж в європейських випробуваннях. У мережі показник втрат передачі квантових бітів в оптичному каналі склав двадцять дБ. Це еквівалентно довжині лінії сто кілометрів. Варто зауважити, що в даному проекті задіяна діюча лінія телекомунікаційної мережі інфраструктури «Таттелеком».

Мережа з`єднає міста

У 2017 році передбачається розпочати проект по впровадженню нової технології. Квантовий інтернет в Татарстані дозволить з`єднати офіси в різних містах. Це одне з найголовніших завдань, які ставить перед собою Казанський квантовий центр КНІТУ-КАИ і його керівник. Спостерігаючи за їхніми успіхами, без сумнівів віриться, що так воно і буде.