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

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, 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 досягнуть свого межі. Зменшувати їх далі буде не можливо, тому звичайним комп'ютерам залишилося жити не довго.




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

Загадки квантового інтернету

Як працює квантовий інтернет? Що це таке та в чому його суть? Відмінність у 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 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 частка, що 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 вимірюванню 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 визначеної раніше, такий квантовий інтернет. Що це означає? Що нам може це дати? Можливо, передачу сигналів на раніше немислимі відстані в космосі й нові відкриття.

Нові технології в фотонах

У 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 за якихось каналах. Загалом, поводиться, як рідина. У тому числі він може поширюватися з дуже повільною швидкістю або навіть зупинитися.
Це дуже цікаво з одного боку і дуже важливо, оскільки це дозволяє маніпулювати зі світлом і робити, що завгодно, у тому числі, отримати таке явище, як квантова мережу 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, що йде в навколишнє середовище і нагріває процесор і елементи мікросхем. Інтернет сам по собі коштує людству вже більше 5% виробленої 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 досягли в цій галузі фактично лідируючого положення. У 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 являють собою досить прості з'єднання крапка—крапка. Вчені прагнуть створювати спільні рішення, на підставі яких поєднуються різні канали і способи шифрування.
Якщо простежити за реалізацією ідеї, то результати російських дослідників виявляться більш суттєвими. Один із прикладів - це детектор однофотонного випромінювача, що розробляється в Курчатовском інституті. Для існування такого відкриття, як квантова мережу інтернет, вченим необхідно вирішити складності поєднання особливого оснащення для квантової передачі даних та існуючих на сьогодні телекомунікаційних мереж. Основні питання лежать у вирішенні 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 вихідне положення. На сьогодні межа дорівнює трьомстам кілометрам. Це дистанція, на якій необхідно проводити регенерацію оптичного сигналу. Також потрібен прототип квантового комутатора. Загальний обсяг наявність проблемних завдань може бути вирішене тільки в межах десяти років. Тим не менш, у вчених колах стверджують про можливість «осідлати» квантовий інтернет. Що це може принести і чим допомогти? На сьогодні немає однозначної відповіді, але рішення питання про впровадження та доведення подібних технологій до пересічному мешканцю, однозначно підвищить його якість життя і безпека.

Нова епоха наступає

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 телепортацією, яка збільшується з кожним роком, а з квантової криптографією, іншими словами, новою системою шифрування даних. Квантовий код немає можливості зламати, точніше при його зломі інформація пропадає. В епоху кібервійн 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 у Петербурзі між двома будівлями університету у Росії запустили першу квантову мережу інтернет. Інформація передається, використовуючи закони квантової фізики. В 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. Одиничний 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 порівняти з тим, як виглядала мобільний зв'язок тридцять років тому, ще пройде п'ять-десять років і кванти фотона зможуть подарувати нам безпечний інформаційний інтернет.

Квантовий інтернет в Казані

У Татарстані запустили квантову мережу інтернет, її експериментальний 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 мережі інтернет заснована на математичних алгоритмів шифрування, але навіть самий складний код можна зламати. Чим могутніше обчислювальні здібності у хакерів, тим простіше і швидше прорахувати алгоритм шифрування. Описувана в статті технологія стане новою структурою мережевої безпеки. Квантовий інтернет в Казані буде об'єднано в чотири вузли на відстані 30-40 кілометрів один від одного. Вартість комплектації між двома точками становить близько ста тисяч доларів. На експериментальній ділянці мережа 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 КНИТУ-КАЇ і його керівник. Спостерігаючи за їх успіхами, без сумнівів віриться, що так воно і буде.