Kvantový internet – co to je, jak funguje? Výhody. kvantová síť

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

Nedávné studie provedené evropskými a ruskými vědci ukázaly, že pohyb kvantové a klasické informace může úspěšně koexistovat v rámci stejných optických datových přenosových linek. To umožňuje v budoucnu postupný přechod od obvyklého internetu k síti založené na paradoxech elementárních částic, síti kvantového internetu.

Urychlit výzkum

V počítačovém průmyslu se schyluje k revoluci. Fyzici z University of Pennsylvania uvedli, že konvenční křemíkové čipy dosáhnou svého limitu za čtyři roky. Nebude možné je dále snižovat, takže běžné počítače nemají dlouhou životnost.

Nahradí je zásadně nové technologie, kvantové počítače. Místo čipů budou elementární částice. Díky tomu je možné drasticky zmenšit velikost a zvýšit produktivitu. Tyto prototypy zatím nejsou rychlejší než slabý počítač, ale je to jen otázka času. Na druhé straně, s využitím nejsilnějšího potenciálu, bude možné rychleji vyřešitproblémy a potíže při zavádění zásadně nového, kvantového internetu.

Záhady kvantového internetu

Jak funguje kvantový internet? Co to je a jaká je jeho podstata? Rozdíl je v tom, že je založen na zákonech kvantové mechaniky. Vědci jej přijali jako horké, nervózní pole, které lze použít k popisu jevů, které nejsou zcela pochopeny. Jedním z nich je fotoelektrický jev.

Paradoxy kvantové fyziky ve službách lidstva

Dnes je to jasné: v naší blízké budoucnosti vstoupí fenomén jako kvantový internet. Co nám to může přinést nebo jak to bude? Možná to bude další skok, podobný zavedení polovodičových tranzistorů v minulosti.

Jeho princip je založen na vlastnosti superpozice a kvantového provázání. Nemá jednoznačný spin a při měření jednoho ukazuje druhý opak. Pro úplnější pochopení to znamená, že každá elementární částice nesoucí informaci je neviditelně spojena se svým „propleteným“párem. Navíc vzdálenost mezi nimi nehraje žádnou roli, informace se přenášejí okamžitě.

Pomocí těchto anomálních zákonů se otevírají velké možnosti v rychlosti a důvěrnosti přenosu dat. Není možné zachytit informace odeslané tímto způsobem bez povšimnutí: jakékoli čtení zanechá stopy nebo zničí původní informace.

Rychlost je rychlejší, než se myslelo

Pokud jde o nejnovější údaje o měření rychlosti přenosu dat, ohromují naši představivost. Převyšuje rychlost světla o desettisíckrát. Ale s největší pravděpodobností vědci v budoucnu zjistí, že rychlost přenosu signálu je mnohem vyšší, než bylo dříve stanoveno, takový je kvantový internet. Co to znamená? Co nám to může dát? Možná přenos signálů do dříve nemyslitelných vzdáleností ve vesmíru a nové objevy.

Nové technologie ve fotonech

V technologii přeměny fotonů na nosič informací našli ruští vědci použití uměle vypěstovaných krystalů, konkrétně diamantů.

Ukazuje se, že když světlo prochází krystaly, získává vlastnost kapaliny a začíná vytvářet kapky, víry, vlny. Může být nasměrován libovolnými kanály. Obecně se chová jako kapalina. Včetně toho se může šířit velmi pomalou rychlostí nebo dokonce zastavit.

To je na jednu stranu velmi zajímavé a velmi důležité, protože vám to umožňuje manipulovat se světlem a dělat cokoli, včetně získání takového fenoménu, jako je kvantová internetová síť. To umožňuje jeho použití jako agenta přenosu informací. Nyní je jeho hlavním nositelem elektrický náboj. Ale je to nedokonalý objekt. Jakýkoli pohyb nebo zrychlení elektrického náboje proto vede ke ztrátám energie, která se dostává do prostředí a zahřívá procesor a prvky mikroobvodu.

Samotný internet stojí lidstvo více než 5 % energie, kterou vyprodukuje. Nahrazení elektronu fotony by tedy v ideálním případě vedlo ke snížení ztráty kolosálního množství energie. V souladu s tím náklady na samotný internetspadne.

Kvantový internet v Rusku

Práce v Rusku na kvantovém internetu jsou jedinečné. Navzdory nízkým finančním prostředkům a nejrůznějším překážkám vědci provedli dostatek experimentů a dosáhli vedoucího postavení v této oblasti.

V důsledku toho se nám podařilo vytvořit jedinečnou instituci na vysoké úrovni. Spojuje experimentální a teoretické skupiny i aplikovaný výzkum. Tento institut je částečně financován Gazprombank, částečně státem v různých formách. V každém případě je to příklad, který by ruská věda měla následovat, aniž by se před čímkoli zastavila.

Dobývání nových území

V současné fázi vývoje kvantového internetu lze jmenovat pouze technologie ochrany dat využívající kvantovou kryptografii. Takové sítě jsou dnes poměrně jednoduchým spojením typu bod-bod. Cílem vědců je vytvořit řešení pro spolupráci, která kombinují různé kanály a metody šifrování.

Pokud budete sledovat realizaci myšlenky, výsledky ruských výzkumníků budou významnější. Jedním z příkladů je jednofotonový emitorový detektor vyvíjený v Kurchatovově institutu.

Pro existenci takového objevu, jakým je kvantový internet, potřebují vědci vyřešit obtíže spojené s kombinováním speciálního vybavení pro přenos kvantových dat a existujících telekomunikačních sítí.

Hlavní problémy spočívají v řešení přepínání a zesílení signálu. Pokud posíláte kvantovou informaci přes standardní optické vlákno, pak neprojde regenerátorem. Proto je jedním z řešení převést signál na elektrický a poté se vrátit do původní polohy.

Dnes je limit tři sta kilometrů. To je vzdálenost, na kterou je nutné regenerovat optický signál. Potřebujeme také prototyp kvantového spínače. Celkové množství problematických úkolů lze vyřešit pouze do deseti let. Přesto se ve vědeckých kruzích přou o možnost „osedlání“kvantového internetu. Co může přinést a jak může pomoci? Dnes neexistuje jednoznačná odpověď, ale řešení problému zavádění a zpřístupňování takových technologií běžnému občanovi rozhodně zlepší jeho kvalitu života a bezpečnost.

Přichází nová éra

Čína dnes zahájila ambiciózní projekt, jehož cílem je zajistit přenos 1200 kilometrů kvantovou sítí pomocí satelitu.

V tuto chvíli bylo dosaženo maximální vzdálenosti sto kilometrů. Vědci vyvinuli způsob, jak chránit signál před účinky meteorologických podmínek. Tato senzace však pravděpodobně nesouvisí s teleportací, která se každým rokem zvyšuje, ale s kvantovou kryptografií, jinými slovy, novým systémem šifrování dat.

Kvantový kód nelze hacknout, přesněji řečeno, když je hacknut, informace zmizí. V éře kybernetické války to znamená nezranitelnost. Kvantová kryptografie je již dlouho používána těmi, kteří hledají zárukybezpečnostní. Jak si například před pár lety švýcarské banky začaly vyměňovat data o svých zákaznících prostřednictvím kvantové sítě. Dnes jsou omezeny na vzdálenost několika desítek kilometrů. Ruské kvantové centrum se připravuje na zavedení stejného systému a také na zvládnutí přenosu kvantového signálu přes vesmírný satelit.

Úvod a implementace

Mezitím byla v Petrohradě spuštěna první kvantová internetová síť mezi dvěma univerzitními budovami v Rusku.

Informace se přenášejí pomocí zákonů kvantové fyziky. Do této oblasti nyní investují nejchytřejší korporace a vlády. Budoucí technologie přenosu informací je implementována na základě stávající. Optický kabel, známý počítač, ale nový router a fotonový generátor.

Existence nového internetu začíná laserem, kde se nachází zdroj jednotlivých fotonů. Mají dobrou vlastnost pro bezpečný přenos informací. Jediný foton nelze rozdělit. Klíč je vytvořen tak, že čtení není možné. Aby se z fotonu stal nosič informace, systém změní svůj stav, fázi oscilace impulsní vlny. Dnes je úroveň rozvoje kvantové technologie srovnatelná s tím, jak vypadala mobilní komunikace před třiceti lety, uplyne dalších pět až deset let a fotonová kvanta nám budou moci poskytnout bezpečný informační internet.

Kvantový internet v Kazani

V Tatarstánu byla spuštěna kvantová internetová síť, její experimentální místo se nachází v Kazani. Tento programje důležitým úspěchem ve vývoji kvantové komunikace v Rusku. Podle vědců je absolutně imunní vůči útokům hackerů.

Ochrana naší internetové sítě je dnes založena na šifrování matematických algoritmů, ale i ten nejsložitější kód lze prolomit. Čím výkonnější jsou výpočetní schopnosti hackerů, tím snazší a rychlejší je výpočet šifrovacího algoritmu.

Technologie popsaná v článku se stane novou strukturou zabezpečení sítě. Kvantový internet v Kazani bude spojen do čtyř uzlů ve vzdálenosti 30-40 kilometrů od sebe. Náklady na výběr mezi dvěma body jsou asi sto tisíc dolarů. V experimentální části síť vykazovala kvantovou rychlost internetu 117 kb/s se vzdáleností dva a půl kilometru. Tento výsledek je řádově vyšší než v evropských studiích. V síti byla přenosová ztrátová rychlost kvantových bitů v optickém kanálu dvacet dB. To je ekvivalent sto kilometrů dlouhé čáry.

Za zmínku stojí, že tento projekt zahrnuje provozní linku telekomunikační sítě infrastruktury Tattelecomu.

Síť propojí města

V roce 2017 se plánuje zahájení projektu zavedení nové technologie. Quantum Internet v Tatarstánu umožní propojení kanceláří v různých městech. To je jeden z hlavních úkolů, které si stanovilo Kazaňské kvantové centrum KNITU-KAI a jeho vedoucí. Při sledování jejich úspěchů člověk bez pochyby věří, že tomu tak bude.