Quantum Internet - ano ito, paano ito gumagana? Mga kalamangan. quantum network

2024 May -akda: Howard Calhoun | [email protected]. Huling binago: 2023-12-17 10:43

Ipinakita ng mga kamakailang pag-aaral na isinagawa ng mga siyentipikong European at Russian na ang paggalaw ng quantum at classical na impormasyon ay maaaring matagumpay na mabuhay sa loob ng mga hangganan ng parehong fiber optic na mga linya ng paghahatid ng data. Ginagawa nitong posible sa hinaharap ang unti-unting paglipat mula sa karaniwang Internet, patungo sa isang network batay sa mga kabalintunaan ng elementarya na mga particle, ang quantum Internet network.

Bilisan ang pagsasaliksik

May namumuong rebolusyon sa industriya ng computer. Sinabi ng mga physicist sa University of Pennsylvania na ang mga conventional silicon chips ay aabot sa kanilang limitasyon sa loob ng apat na taon. Hindi na posibleng bawasan pa ang mga ito, kaya hindi na magtatagal ang mga ordinaryong computer.

Papalitan ang mga ito ng panimula ng mga bagong teknolohiya, mga quantum computer. Sa halip na mga chip ay magkakaroon ng elementarya na mga particle. Dahil dito, posibleng bawasan nang husto ang laki at dagdagan ang pagiging produktibo. Sa ngayon, ang mga prototype na ito ay hindi mas mabilis kaysa sa isang mahinang computer, ngunit ito ay isang oras lamang. Sa turn, gamit ang pinakamakapangyarihang potensyal, magiging posible na mas mabilis na malutasmga problema at kahirapan sa pagpapatupad ng isang panimula bago, quantum Internet.

Misteryo ng quantum internet

Paano gumagana ang quantum internet? Ano ito at ano ang kakanyahan nito? Ang pagkakaiba ay ito ay batay sa mga batas ng quantum mechanics. Ito ay tinanggap ng mga siyentipiko bilang isang mainit, nerbiyosong larangan na maaaring magamit upang ilarawan ang mga phenomena na hindi lubos na nauunawaan. Isa sa mga ito ay ang photoelectric effect.

Ang mga kabalintunaan ng quantum physics sa paglilingkod sa sangkatauhan

Ngayon ay malinaw na: sa ating malapit na hinaharap, tulad ng isang kababalaghan na papasok ang quantum Internet. Ano ang maidudulot nito sa atin o paano ito? Marahil ito ay isa pang hakbang, katulad ng pagpapakilala ng mga semiconductor transistor sa nakaraan.

Ang prinsipyo nito ay nakabatay sa katangian ng superposition at quantum entanglement. Wala itong tiyak na pag-ikot, at kapag sinusukat ang isa, ang pangalawa ay nagpapakita ng kabaligtaran. Para sa isang mas kumpletong pag-unawa, nangangahulugan ito na ang bawat elementarya na butil na nagdadala ng impormasyon ay hindi nakikitang konektado sa pares nitong "nakakulong". Bukod dito, ang distansya sa pagitan nila ay hindi gumaganap ng anumang papel, ang impormasyon ay agad na ipinapadala.

Gamit ang mga maanomalyang batas na ito, nagbubukas ang magagandang pagkakataon sa bilis at pagiging kumpidensyal ng paglilipat ng data. Imposibleng harangin ang impormasyong ipinadala sa ganitong paraan nang hindi napapansin: anumang pagbabasa ay nag-iiwan ng bakas o sumisira sa orihinal na impormasyon.

Ang bilis ay mas mabilis kaysa sa inaakala

Para sa pinakabagong data sa pagsukat ng bilis ng paglilipat ng data, hinahangaan nila ang aming imahinasyon. Lumampas ito sa bilis ng liwanag ng sampulibong beses. Ngunit, malamang, matutuklasan ng mga siyentipiko sa hinaharap na ang bilis ng paghahatid ng signal ay mas mataas kaysa sa naunang natukoy, tulad ng quantum Internet. Ano ang ibig sabihin nito? Ano ang maibibigay nito sa atin? Marahil ang pagpapadala ng mga signal sa dati nang hindi maiisip na mga distansya sa kalawakan at mga bagong tuklas.

Mga bagong teknolohiya sa mga photon

Sa teknolohiya ng pag-convert ng mga photon sa isang tagapagdala ng impormasyon, natagpuan ng mga siyentipikong Ruso ang paggamit ng mga artipisyal na tinubo na kristal, katulad ng mga diamante.

Lumalabas na kapag ang liwanag ay dumaan sa mga kristal, nakukuha nito ang pag-aari ng isang likido at nagsisimulang bumuo ng mga patak, puyo ng tubig, mga alon. Maaari itong idirekta sa anumang mga channel. Sa pangkalahatan, kumikilos ito bilang isang likido. Kabilang dito ay maaaring kumalat sa napakabagal na bilis o kahit na huminto.

Ito ay napaka-interesante sa isang banda at napakahalaga, dahil binibigyang-daan ka nitong manipulahin ang liwanag at gawin ang anumang bagay, kabilang ang pagkuha ng ganitong phenomenon bilang isang quantum Internet network. Ito ay nagpapahintulot na ito ay magamit bilang isang ahente ng paglilipat ng impormasyon. Ngayon ang pangunahing carrier nito ay isang electric charge. Ngunit ito ay isang hindi perpektong bagay. Samakatuwid, ang anumang paggalaw o pagbilis ng isang electric charge ay humahantong sa pagkawala ng enerhiya na napupunta sa kapaligiran at nagpapainit sa mga elemento ng processor at microcircuit.

Ang Internet mismo ay nagkakahalaga ng sangkatauhan ng higit sa 5% ng enerhiya na nagagawa nito. Samakatuwid, ang pagpapalit ng isang electron na may mga photon ay perpektong hahantong sa isang pagbawas sa pagkawala ng isang napakalaking halaga ng enerhiya. Alinsunod dito, ang halaga ng Internet mismobabagsak.

Quantum Internet sa Russia

Ang mga gawa sa Russia sa quantum internet ay natatangi. Sa kabila ng mababang pondo at lahat ng uri ng mga hadlang, ang mga siyentipiko ay nagsagawa ng sapat na mga eksperimento at nakamit ang nangungunang posisyon sa lugar na ito.

Bilang resulta, nagawa naming lumikha ng natatangi at mataas na antas na institusyon. Pinagsasama nito ang mga eksperimental at teoretikal na grupo pati na rin ang inilapat na pananaliksik. Ang institusyong ito ay bahagyang pinondohan ng Gazprombank, bahagyang ng estado sa iba't ibang anyo. Sa anumang kaso, ito ang halimbawang dapat sundin ng agham ng Russia nang walang tigil.

Pagsakop sa mga bagong teritoryo

Sa kasalukuyang yugto ng pagbuo ng quantum Internet, tanging mga teknolohiya sa proteksyon ng data na gumagamit ng quantum cryptography ang maaaring pangalanan. Ang ganitong mga network ngayon ay medyo simpleng point-to-point na koneksyon. Nilalayon ng mga siyentipiko na lumikha ng mga collaborative na solusyon na pinagsasama ang iba't ibang channel at paraan ng pag-encrypt.

Kung susundin mo ang pagpapatupad ng ideya, ang mga resulta ng mga mananaliksik sa Russia ay magiging mas makabuluhan. Ang isang halimbawa ay ang single-photon emitter detector na ginagawa sa Kurchatov Institute.

Para sa pagkakaroon ng naturang pagtuklas gaya ng quantum Internet, kailangang lutasin ng mga siyentipiko ang mga kahirapan sa pagsasama-sama ng mga espesyal na kagamitan para sa quantum data transmission at mga network ng telekomunikasyon na umiiral ngayon.

Ang mga pangunahing isyu ay nasa solusyon ng switching at signal amplification. Kung magpapadala ka ng quantum-based na impormasyon sa isang karaniwang optical fiber, hindi ito dadaan sa regenerator. Samakatuwid, ang isang solusyon ay gawing elektrikal ang signal at pagkatapos ay bumalik sa orihinal nitong posisyon.

Ngayon ang limitasyon ay tatlong daang kilometro. Ito ang distansya kung saan kinakailangan upang muling buuin ang optical signal. Kailangan din namin ng isang quantum switch prototype. Ang kabuuang dami ng mga problemang gawain ay malulutas lamang sa loob ng sampung taon. Gayunpaman, sa mga pang-agham na lupon ay pinagtatalunan nila ang posibilidad ng "saddle" ang quantum Internet. Ano ang maidudulot nito at paano ito makakatulong? Sa ngayon ay walang malinaw na sagot, ngunit ang solusyon sa isyu ng pagpapakilala at pagdadala ng mga naturang teknolohiya sa karaniwang mamamayan ay tiyak na magpapahusay sa kanyang kalidad ng buhay at kaligtasan.

Darating ang bagong panahon

Nagtakda ang China ng isang ambisyosong proyekto ngayon para gumawa ng 1200 kilometrong quantum network transmission gamit ang satellite.

Ang maximum na distansyang isang daang kilometro ay naabot na sa ngayon. Nakabuo ang mga siyentipiko kung paano protektahan ang signal mula sa mga epekto ng mga kondisyon ng meteorolohiko. Gayunpaman, ang pakiramdam na ito ay mas malamang na konektado hindi sa teleportation, na tumataas bawat taon, ngunit sa quantum cryptography, sa madaling salita, isang bagong data encryption system.

Hindi ma-hack ang isang quantum code, mas tiyak, kapag na-hack ito, nawawala ang impormasyon. Sa panahon ng cyber warfare, nangangahulugan ito ng invulnerability. Ang quantum cryptography ay matagal nang ginagamit ng mga naghahanap ng mga garantiyaseguridad. Paano, halimbawa, ilang taon na ang nakalilipas, ang mga Swiss bank ay nagsimulang makipagpalitan ng data tungkol sa kanilang mga customer sa pamamagitan ng isang quantum network. Ngayon sila ay limitado sa layo na ilang sampu-sampung kilometro. Naghahanda ang Russian Quantum Center na ipakilala ang parehong sistema, gayundin ang pag-master ng transmission ng quantum signal sa pamamagitan ng space satellite.

Panimula at pagpapatupad

Samantala, ang unang quantum Internet network ay inilunsad sa St. Petersburg sa pagitan ng dalawang gusali ng unibersidad sa Russia.

Ipinapadala ang impormasyon gamit ang mga batas ng quantum physics. Ang pinakamatalinong mga korporasyon at pamahalaan ay namumuhunan na ngayon sa lugar na ito. Ang hinaharap na teknolohiya sa paglilipat ng impormasyon ay ipinapatupad batay sa umiiral na. Fiber optic cable, pamilyar na computer, ngunit isang bagong router at photon generator.

Nagsisimula ang pagkakaroon ng bagong Internet sa isang laser, kung saan matatagpuan ang pinagmulan ng mga solong photon. Mayroon silang magandang pag-aari para sa pagpapadala ng impormasyon sa isang ligtas na paraan. Ang isang photon ay hindi maaaring hatiin. Ang susi ay nabuo sa paraang hindi posible ang pagbabasa. Upang gawing isang carrier ng impormasyon ang isang photon, binabago ng system ang estado nito, ang yugto ng impulse wave oscillation. Ngayon, ang antas ng pag-unlad ng teknolohiyang quantum ay maihahambing sa kung ano ang hitsura ng mga mobile na komunikasyon tatlumpung taon na ang nakalipas, isa pang lima hanggang sampung taon ang lilipas at ang photon quanta ay makakapagbigay sa atin ng isang secure na impormasyon sa Internet.

Quantum Internet sa Kazan

Ang isang quantum Internet network ay inilunsad sa Tatarstan, ang pang-eksperimentong site nito ay matatagpuan sa Kazan. Ang programang itoay isang mahalagang tagumpay sa pagbuo ng quantum communications sa Russia. Ayon sa mga siyentipiko, siya ay ganap na immune sa mga pag-atake ng hacker.

Ngayon, ang proteksyon ng aming Internet network ay nakabatay sa pag-encrypt ng mga mathematical algorithm, ngunit kahit na ang pinakakumplikadong code ay maaaring ma-crack. Kung mas malakas ang kakayahan sa pag-compute ng mga hacker, mas madali at mas mabilis itong kalkulahin ang algorithm ng pag-encrypt.

Ang teknolohiyang inilarawan sa artikulo ay magiging isang bagong istraktura ng seguridad ng network. Ang Quantum Internet sa Kazan ay pagsasamahin sa apat na node sa layong 30-40 kilometro mula sa isa't isa. Ang halaga ng pagpili sa pagitan ng dalawang puntos ay humigit-kumulang isang daang libong dolyar. Sa seksyong pang-eksperimento, ang network ay nagpakita ng isang dami ng bilis ng internet na 117 kb / s na may layong dalawa at kalahating kilometro. Ang resultang ito ay isang order ng magnitude na mas mataas kaysa sa mga pagsubok sa Europa. Sa network, ang transmission loss rate ng quantum bits sa optical channel ay dalawampung dB. Katumbas ito ng isang daang kilometrong mahabang linya.

Nararapat tandaan na ang proyektong ito ay kinabibilangan ng operating line ng telecommunications network ng Tattelecom infrastructure.

Magkokonekta ang network sa mga lungsod

Sa 2017, planong magsimula ng isang proyekto para ipakilala ang bagong teknolohiya. Ang Quantum Internet sa Tatarstan ay magbibigay-daan sa pagkonekta ng mga opisina sa iba't ibang lungsod. Ito ay isa sa mga pangunahing gawain na itinakda ng Kazan Quantum Center KNITU-KAI at ng pinuno nito. Sa panonood ng kanilang mga tagumpay, ang isang tao ay naniniwala nang walang pag-aalinlangan na ito ang mangyayari.