Quantum Internet - hva er det, hvordan fungerer det? Fordeler. kvantenettverk

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sist endret: 2023-12-17 10:37

Nylige studier utført av europeiske og russiske forskere har vist at bevegelsen av kvanteinformasjon og klassisk informasjon med hell kan eksistere samtidig innenfor grensene til de samme fiberoptiske dataoverføringslinjene. Dette gjør det mulig i fremtiden for en gradvis overgang fra det vanlige Internett, til et nettverk basert på paradoksene til elementærpartikler, kvantenettverket.

Akselerer i forskning

En revolusjon er under oppsikt i dataindustrien. Fysikere ved University of Pennsylvania har sagt at konvensjonelle silisiumbrikker vil nå sin grense om fire år. Det vil ikke være mulig å redusere dem ytterligere, så vanlige datamaskiner har ikke lang levetid.

De vil bli erstattet av fundament alt nye teknologier, kvantedatamaskiner. I stedet for flis vil det være elementærpartikler. Takket være dette er det mulig å redusere størrelsen drastisk og øke produktiviteten. Så langt er ikke disse prototypene raskere enn en svak datamaskin, men det er bare et spørsmål om tid. I sin tur, ved å bruke det kraftigste potensialet, vil det være mulig å løse raskereproblemer og vanskeligheter med implementeringen av et fundament alt nytt, kvante-internett.

Mysteries of the quantum internet

Hvordan fungerer kvanteinternett? Hva er det og hva er essensen? Forskjellen er at den er basert på kvantemekanikkens lover. Det har blitt omfavnet av forskere som et varmt, edgy felt som kan brukes til å beskrive fenomener som ikke er fullt forstått. En av dem er den fotoelektriske effekten.

Kvantefysikkens paradokser i menneskehetens tjeneste

I dag er det klart: i vår nære fremtid vil et slikt fenomen som kvanteinternett komme inn. Hva kan dette bringe oss eller hvordan blir det? Kanskje dette vil være et nytt sprang, som ligner på introduksjonen av halvledertransistorer tidligere.

Prinsippet er basert på egenskapen superposisjon og kvantesammenfiltring. Den har ikke et bestemt spinn, og når man måler en, viser den andre det motsatte. For en mer fullstendig forståelse betyr dette at hver elementær partikkel som bærer informasjon er usynlig forbundet med sitt "sammenfiltrede" par. Dessuten spiller ikke avstanden mellom dem noen rolle, informasjon overføres umiddelbart.

Ved å bruke disse uregelmessige lovene åpner det seg store muligheter når det gjelder hastigheten og konfidensialiteten til dataoverføring. Det er umulig å fange opp informasjon som sendes på denne måten uten å bli lagt merke til: enhver lesing etterlater spor eller ødelegger den opprinnelige informasjonen.

Hastigheten er raskere enn antatt

Når det gjelder de nyeste dataene om måling av dataoverføringshastighet, overrasker de fantasien vår. Den overskrider lysets hastighet med titusen ganger. Men mest sannsynlig vil forskere i fremtiden finne at signaloverføringshastigheten er mye høyere enn tidligere bestemt, slik er kvanteinternettet. Hva betyr det? Hva kan dette gi oss? Kanskje overføring av signaler til tidligere utenkelige avstander i verdensrommet og nye funn.

Nye teknologier i fotoner

I teknologien for å konvertere fotoner til en informasjonsbærer, har russiske forskere funnet bruken av kunstig dyrkede krystaller, nemlig diamanter.

Det viser seg at når lys passerer gjennom krystaller, får det egenskapen til en væske og begynner å danne dråper, virvler, bølger. Den kan dirigeres gjennom alle kanaler. Generelt oppfører den seg som en væske. Inkludert kan det spre seg i veldig lav hastighet eller til og med stoppe.

Dette er veldig interessant på den ene siden og veldig viktig, fordi det lar deg manipulere lys og gjøre hva som helst, inkludert å få et slikt fenomen som et kvantenettverk på Internett. Dette gjør at den kan brukes som en informasjonsoverføringsagent. Nå er hovedbæreren en elektrisk ladning. Men det er et ufullkomment objekt. Derfor fører enhver bevegelse eller akselerasjon av en elektrisk ladning til energitap som går inn i miljøet og varmer opp prosessoren og mikrokretselementene.

Selve Internett koster menneskeheten mer enn 5 % av energien den produserer. Derfor vil erstatning av et elektron med fotoner ideelt sett føre til en reduksjon i tapet av en kolossal mengde energi. Følgelig kostnadene for Internett selvvil falle.

Quantum Internet in Russia

Verk i Russland på kvanteinternett er unike. Til tross for lav finansiering og alle slags hindringer, har forskere utført nok eksperimenter og oppnådd en ledende posisjon på dette området.

Som et resultat klarte vi å skape en unik institusjon på høyt nivå. Den kombinerer eksperimentelle og teoretiske grupper så vel som anvendt forskning. Dette instituttet er dels finansiert av Gazprombank, dels av staten i ulike former. I alle fall er dette eksemplet som russisk vitenskap bør følge uten å stoppe ved noe.

Erobre nye territorier

På det nåværende utviklingsstadiet av kvante-internett kan bare databeskyttelsesteknologier som bruker kvantekryptografi, navngis. Slike nettverk er i dag ganske enkle punkt-til-punkt-forbindelser. Forskere har som mål å lage samarbeidsløsninger som kombinerer ulike kanaler og krypteringsmetoder.

Hvis du følger implementeringen av ideen, vil resultatene til russiske forskere være mer betydningsfulle. Et eksempel er enkeltfoton-emitterdetektoren som utvikles ved Kurchatov Institute.

For eksistensen av en slik oppdagelse som kvanteinternett, må forskere løse vanskelighetene med å kombinere spesialutstyr for kvantedataoverføring og telekommunikasjonsnettverk som eksisterer i dag.

Hovedproblemene ligger i løsningen av svitsjing og signalforsterkning. Hvis du sender kvantebasert informasjon over en standard optisk fiber, vil den ikke passere gjennom regeneratoren. Derfor er en løsning å gjøre signalet om til et elektrisk og deretter gå tilbake til sin opprinnelige posisjon.

I dag er grensen tre hundre kilometer. Dette er avstanden der det er nødvendig å regenerere det optiske signalet. Vi trenger også en kvantebryterprototype. Den totale mengden problematiske oppgaver kan bare løses innen ti år. Likevel krangler de i vitenskapelige kretser om muligheten for å "sadle" kvanteinternettet. Hva kan det gi og hvordan kan det hjelpe? I dag er det ikke noe entydig svar, men løsningen på spørsmålet om å introdusere og bringe slike teknologier til den gjennomsnittlige innbygger vil definitivt forbedre hans livskvalitet og sikkerhet.

En ny æra kommer

Kina har satt et ambisiøst prosjekt i dag for å lage 1200 kilometer kvantenettverksoverføring ved hjelp av satellitt.

En maksimal avstand på hundre kilometer er nådd for øyeblikket. Forskere har utviklet hvordan man kan beskytte signalet mot virkningene av meteorologiske forhold. Imidlertid er denne sensasjonen mer sannsynlig ikke forbundet med teleportering, som øker hvert år, men med kvantekryptografi, med andre ord, et nytt datakrypteringssystem.

En kvantekode kan ikke hackes, mer presist, når den hackes, forsvinner informasjon. I cyberkrigføringens tid betyr dette usårbarhet. Kvantekryptografi har lenge vært brukt av de som søker garantiersikkerhet. Hvordan for eksempel for noen år siden begynte sveitsiske banker å utveksle data om kundene sine gjennom et kvantenettverk. I dag er de begrenset til en avstand på flere titalls kilometer. Det russiske kvantesenteret forbereder seg på å introdusere det samme systemet, samt å mestre overføringen av et kvantesignal via en romsatellitt.

Introduksjon og implementering

I mellomtiden ble det første kvantenettverket lansert i St. Petersburg mellom to universitetsbygg i Russland.

Informasjon overføres ved hjelp av kvantefysikkens lover. De smarteste selskapene og myndighetene investerer nå i dette området. Den fremtidige informasjonsoverføringsteknologien implementeres på grunnlag av den eksisterende. Fiberoptisk kabel, kjent datamaskin, men en ny ruter og fotongenerator.

Eksistensen av det nye Internett begynner med en laser, der kilden til enkeltfotoner befinner seg. De har en god egenskap for å overføre informasjon på en sikker måte. Et enkelt foton kan ikke deles. Nøkkelen er utformet på en slik måte at lesing ikke er mulig. For å gjøre et foton om til en informasjonsbærer, endrer systemet sin tilstand, fasen til impulsbølgeoscillasjonen. I dag er utviklingsnivået for kvanteteknologi sammenlignbart med hvordan mobilkommunikasjon så ut for tretti år siden, ytterligere fem til ti år vil gå og fotonkvanter vil kunne gi oss et sikkert informasjonsinternett.

Quantum Internet in Kazan

Et kvantenettverk for Internett har blitt lansert i Tatarstan, dets eksperimentelle nettsted ligger i Kazan. Dette programmeter en viktig prestasjon i utviklingen av kvantekommunikasjon i Russland. Ifølge forskere er hun absolutt immun mot hackerangrep.

I dag er beskyttelsen av Internett-nettverket vårt basert på kryptering av matematiske algoritmer, men selv den mest komplekse koden kan knekkes. Jo kraftigere dataegenskapene til hackere er, jo enklere og raskere er det å beregne krypteringsalgoritmen.

Teknologien beskrevet i artikkelen vil bli en ny nettverkssikkerhetsstruktur. Quantum Internet i Kazan vil bli kombinert til fire noder i en avstand på 30-40 kilometer fra hverandre. Kostnaden for å velge mellom to punkter er omtrent hundre tusen dollar. I den eksperimentelle delen viste nettverket en kvante internetthastighet på 117 kb/s med en avstand på to og en halv kilometer. Dette resultatet er en størrelsesorden høyere enn i europeiske forsøk. I nettverket var overføringstapet for kvantebiter i den optiske kanalen tjue dB. Dette tilsvarer en hundre kilometer lang linje.

Det er verdt å merke seg at dette prosjektet involverer driftslinjen for telekommunikasjonsnettverket til Tattelecom-infrastrukturen.

Nettverk vil forbinde byer

I 2017 er det planlagt å starte et prosjekt for å introdusere ny teknologi. Quantum Internet i Tatarstan vil tillate tilkobling av kontorer i forskjellige byer. Dette er en av hovedoppgavene satt av Kazan Quantum Center KNITU-KAI og dets leder. Når man ser på suksessene deres, tror man uten tvil at dette vil være tilfelle.