Quantum Internet - vad är det, hur fungerar det? Fördelar. kvantnät

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 10:41

Närare studier utförda av europeiska och ryska forskare har visat att rörelsen av kvantinformation och klassisk information framgångsrikt kan samexistera inom gränserna för samma fiberoptiska dataöverföringslinjer. Detta gör det möjligt i framtiden för en gradvis övergång från det vanliga Internet, till ett nätverk baserat på elementarpartiklarnas paradoxer, kvantinternetnätverket.

Accelerera i forskning

En revolution håller på att brygga inom datorbranschen. Fysiker vid University of Pennsylvania har sagt att konventionella kiselchips kommer att nå sin gräns om fyra år. Det kommer inte att gå att minska dem ytterligare, så vanliga datorer har inte lång tid kvar att leva.

De kommer att ersättas av fundament alt ny teknik, kvantdatorer. Istället för chips kommer det att finnas elementära partiklar. Tack vare detta är det möjligt att drastiskt minska storleken och öka produktiviteten. Än så länge är dessa prototyper inte snabbare än en svag dator, men det är bara en tidsfråga. I sin tur, med hjälp av den mest kraftfulla potentialen, kommer det att vara möjligt att snabbare lösaproblem och svårigheter med implementeringen av ett i grunden nytt kvantinternet.

Mysteries of the quantum internet

Hur fungerar kvantinternet? Vad är det och vad är dess essens? Skillnaden är att den är baserad på kvantmekanikens lagar. Det har anammats av forskare som ett hett, edgy fält som kan användas för att beskriva fenomen som inte helt förstås. En av dem är den fotoelektriska effekten.

Kvantfysikens paradoxer i mänsklighetens tjänst

Idag är det klart: i vår nära framtid kommer ett sådant fenomen som kvantinternet att komma in. Vad kan detta ge oss eller hur blir det? Kanske blir detta ytterligare ett steg, liknande introduktionen av halvledartransistorer tidigare.

Dess princip är baserad på egenskapen superposition och kvantintrassling. Den har inget bestämt snurr, och när man mäter en visar den andra motsatsen. För en mer fullständig förståelse betyder detta att varje elementarpartikel som bär information är osynligt förbunden med sitt "trasslade" par. Dessutom spelar inte avståndet mellan dem någon roll, information överförs direkt.

Genom att använda dessa onormala lagar öppnar sig stora möjligheter när det gäller hastigheten och konfidentialiteten för dataöverföring. Det är omöjligt att fånga upp information som skickas på det här sättet utan att uppmärksammas: all läsning lämnar spår eller förstör originalinformationen.

Hastigheten är snabbare än trott

När det gäller de senaste uppgifterna om mätning av dataöverföringshastighet, häpnar de vår fantasi. Den överskrider ljusets hastighet med tiotusen gånger. Men sannolikt kommer forskare i framtiden att upptäcka att signalöverföringshastigheten är mycket högre än vad som tidigare bestämts, sådan är kvantinternet. Vad betyder det? Vad kan detta ge oss? Kanske överföring av signaler till tidigare otänkbara avstånd i rymden och nya upptäckter.

Ny teknik inom fotoner

I tekniken att omvandla fotoner till en informationsbärare har ryska forskare funnit användningen av konstgjorda kristaller, nämligen diamanter.

Det visar sig att när ljus passerar genom kristaller, får det egenskapen hos en vätska och börjar bilda droppar, virvlar, vågor. Det kan dirigeras via alla kanaler. I allmänhet beter sig det som en vätska. Inklusive det kan spridas i mycket långsam hastighet eller till och med stanna.

Detta är väldigt intressant å ena sidan och mycket viktigt, eftersom det låter dig manipulera ljus och göra vad som helst, inklusive att få ett sådant fenomen som ett kvantnätverk på Internet. Detta gör att den kan användas som en informationsöverföringsagent. Nu är dess huvudsakliga bärare en elektrisk laddning. Men det är ett ofullkomligt föremål. Därför leder varje rörelse eller acceleration av en elektrisk laddning till energiförluster som går ut i miljön och värmer processorn och mikrokretselementen.

Internet i sig kostar mänskligheten mer än 5 % av den energi det producerar. Därför skulle ersättningen av en elektron med fotoner idealiskt leda till en minskning av förlusten av en kolossal mängd energi. Följaktligen kostnaden för själva Internetkommer att falla.

Quantum Internet in Ryssland

Arbeten i Ryssland på kvantinternet är unika. Trots låg finansiering och alla möjliga hinder har forskare genomfört tillräckligt många experiment och uppnått en ledande position på detta område.

Som ett resultat lyckades vi skapa en unik institution på hög nivå. Den kombinerar experimentella och teoretiska grupper samt tillämpad forskning. Detta institut finansieras dels av Gazprombank, dels av staten i olika former. Detta är i alla fall exemplet som rysk vetenskap bör följa utan att stanna vid någonting.

Erövra nya territorier

I det nuvarande utvecklingsstadiet av kvantinternet kan endast dataskyddstekniker som använder kvantkryptografi namnges. Sådana nätverk är idag ganska enkla punkt-till-punkt-förbindelser. Forskare strävar efter att skapa samarbetslösningar som kombinerar olika kanaler och krypteringsmetoder.

Om du följer implementeringen av idén kommer resultaten från ryska forskare att bli mer betydelsefulla. Ett exempel är singelfotonemitterdetektorn som utvecklas vid Kurchatov Institute.

För existensen av en sådan upptäckt som kvantinternet måste forskare lösa svårigheterna med att kombinera specialutrustning för kvantdataöverföring och telekommunikationsnät som finns idag.

Huvudproblemen ligger i lösningen av omkoppling och signalförstärkning. Om du skickar kvantbaserad information över en vanlig optisk fiber, kommer den inte att passera genom regeneratorn. Därför är en lösning att förvandla signalen till en elektrisk och sedan återgå till sin ursprungliga position.

I dag är gränsen trehundra kilometer. Detta är det avstånd på vilket det är nödvändigt att regenerera den optiska signalen. Vi behöver också en kvantomkopplarprototyp. Den totala mängden problematiska uppgifter kan lösas först inom tio år. Ändå argumenterar de i vetenskapliga kretsar om möjligheten att "sadla" kvantinternet. Vad kan det ge och hur kan det hjälpa? Idag finns det inget entydigt svar, men lösningen på frågan om att införa och föra sådan teknik till den genomsnittlige medborgaren kommer definitivt att förbättra hans livskvalitet och säkerhet.

En ny era kommer

Kina har satt upp ett ambitiöst projekt idag för att göra 1200 kilometer kvantnätsöverföring med hjälp av satellit.

En maximal sträcka på hundra kilometer har uppnåtts för tillfället. Forskare har utvecklat hur man skyddar signalen från effekterna av meteorologiska förhållanden. Men denna sensation är mer sannolikt inte kopplad till teleportering, som ökar varje år, utan med kvantkryptografi, med andra ord, ett nytt datakrypteringssystem.

En kvantkod kan inte hackas, närmare bestämt, när den hackas försvinner information. I en tid präglad av cyberkrigföring innebär detta osårbarhet. Kvantkryptografi har länge använts av dem som söker garantiersäkerhet. Hur till exempel för några år sedan började schweiziska banker utbyta data om sina kunder genom ett kvantnätverk. Idag är de begränsade till ett avstånd på flera tiotals kilometer. Russian Quantum Center förbereder sig för att introducera samma system, samt att bemästra överföringen av en kvantsignal via en rymdsatellit.

Introduktion och implementering

Under tiden lanserades det första kvantinternetnätverket i St. Petersburg mellan två universitetsbyggnader i Ryssland.

Information överförs med hjälp av kvantfysikens lagar. De smartaste företagen och regeringarna investerar nu i detta område. Den framtida tekniken för informationsöverföring implementeras på basis av den befintliga. Fiberoptisk kabel, bekant dator, men en ny router och fotongenerator.

Existensen av det nya Internet börjar med en laser, där källan till enskilda fotoner finns. De har en bra egenskap för att överföra information på ett säkert sätt. En enda foton kan inte delas. Nyckeln är utformad på ett sådant sätt att läsning inte är möjlig. För att förvandla en foton till en informationsbärare ändrar systemet sitt tillstånd, fasen för impulsvågsvängningen. Idag är kvantteknologins utvecklingsnivå jämförbar med hur mobilkommunikation såg ut för trettio år sedan, ytterligare fem till tio år kommer att passera och fotonkvanta kommer att kunna ge oss ett säkert informationsinternet.

Quantum Internet i Kazan

Ett kvantnätverk för Internet har lanserats i Tatarstan, dess experimentella webbplats ligger i Kazan. Det här programmetär en viktig prestation i utvecklingen av kvantkommunikation i Ryssland. Enligt forskare är hon absolut immun mot hackerattacker.

Idag är skyddet av vårt internetnätverk baserat på kryptering av matematiska algoritmer, men även den mest komplexa koden kan knäckas. Ju kraftfullare hackare har, desto enklare och snabbare är det att beräkna krypteringsalgoritmen.

Tekniken som beskrivs i artikeln kommer att bli en ny nätverkssäkerhetsstruktur. Quantum Internet i Kazan kommer att kombineras till fyra noder på ett avstånd av 30-40 kilometer från varandra. Kostnaden för att välja mellan två punkter är cirka hundra tusen dollar. I den experimentella delen visade nätverket en kvantinternethastighet på 117 kb/s med ett avstånd på två och en halv kilometer. Detta resultat är en storleksordning högre än i europeiska försök. I nätverket var överföringsförlusthastigheten för kvantbitar i den optiska kanalen tjugo dB. Detta motsvarar en hundra kilometer lång linje.

Det är värt att notera att detta projekt involverar driftlinjen för Tattelecom-infrastrukturens telekommunikationsnätverk.

Nätverk kommer att koppla samman städer

Under 2017 är det planerat att starta ett projekt för att introducera ny teknik. Quantum Internet i Tatarstan gör det möjligt att ansluta kontor i olika städer. Detta är en av huvuduppgifterna som satts av Kazan Quantum Center KNITU-KAI och dess ledare. När man ser deras framgångar tror man utan tvekan att så kommer att bli fallet.