Kvantu internets - kas tas ir, kā tas darbojas? Priekšrocības. kvantu tīkls

2025 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2025-01-24 13:20

Pēdējie pētījumi, ko veica Eiropas un Krievijas zinātnieki, ir parādījuši, ka kvantu un klasiskās informācijas kustība var veiksmīgi pastāvēt līdzās vienas un tās pašas optiskās šķiedras datu pārraides līniju robežās. Tas ļauj nākotnē pakāpeniski pāriet no parastā interneta uz tīklu, kas balstīts uz elementārdaļiņu paradoksiem, kvantu interneta tīklu.

Paātrināt pētniecību

Datoru industrijā top revolūcija. Pensilvānijas universitātes fiziķi ir paziņojuši, ka parastās silīcija mikroshēmas sasniegs savu robežu pēc četriem gadiem. Vēl vairāk tos samazināt nebūs iespējams, tāpēc parastajiem datoriem nav ilgi jādzīvo.

Tos tiks aizstātas ar principiāli jaunām tehnoloģijām, kvantu datoriem. Mikroshēmu vietā būs elementārdaļiņas. Pateicoties tam, ir iespējams krasi samazināt izmēru un palielināt produktivitāti. Pagaidām šie prototipi nav ātrāki par vāju datoru, taču tas ir tikai laika jautājums. Savukārt, izmantojot jaudīgāko potenciālu, būs iespējams ātrāk atrisinātproblēmas un grūtības principiāli jauna, kvantu interneta ieviešanā.

Kvantu interneta noslēpumi

Kā darbojas kvantu internets? Kas tas ir un kāda ir tā būtība? Atšķirība ir tāda, ka tā ir balstīta uz kvantu mehānikas likumiem. Zinātnieki to ir atzinuši kā karstu, nervozu lauku, ko var izmantot, lai aprakstītu parādības, kuras nav pilnībā izprotamas. Viens no tiem ir fotoelektriskais efekts.

Kvantu fizikas paradoksi cilvēces kalpošanā

Šodien ir skaidrs: mūsu tuvākajā nākotnē ienāks tāda parādība kā kvantu internets. Ko tas mums var dot vai kā tas būs? Varbūt tas būs vēl viens lēciens, līdzīgs pusvadītāju tranzistoru ieviešanai pagātnē.

Tā princips ir balstīts uz superpozīcijas un kvantu sapīšanās īpašību. Tam nav noteikta griešanās, un, mērot vienu, otrais parāda pretējo. Pilnīgākai izpratnei tas nozīmē, ka katra elementārdaļiņa, kas nes informāciju, ir nemanāmi saistīta ar savu "sapinušos" pāri. Turklāt attālumam starp tiem nav nekādas nozīmes, informācija tiek pārraidīta uzreiz.

Izmantojot šos anomālos likumus, paveras lielas iespējas datu pārsūtīšanas ātrumā un konfidencialitātē. Šādā veidā nosūtīto informāciju nav iespējams pārtvert nemanot: jebkura nolasīšana atstāj pēdas vai iznīcina sākotnējo informāciju.

Ātrums ir ātrāks, nekā domāts

Kas attiecas uz jaunākajiem datiem par datu pārraides ātruma mērījumiem, tie pārsteidz mūsu iztēli. Gaismas ātrumu tas pārsniedz par desmittūkstoš reižu. Bet, visticamāk, zinātnieki nākotnē atklās, ka signāla pārraides ātrums ir daudz lielāks nekā iepriekš noteikts, tāds ir kvantu internets. Ko tas nozīmē? Ko tas mums var dot? Varbūt signālu pārraide līdz iepriekš neiedomājamiem attālumiem kosmosā un jauni atklājumi.

Jaunas tehnoloģijas fotonos

Fotonu pārvēršanas tehnoloģijā informācijas nesējā Krievijas zinātnieki ir atklājuši mākslīgi audzētu kristālu, proti, dimantu, izmantošanu.

Izrādās, ka, gaismai izejot cauri kristāliem, tā iegūst šķidruma īpašību un sāk veidot pilienus, virpuļus, viļņus. To var virzīt pa jebkuriem kanāliem. Kopumā tas uzvedas kā šķidrums. Tostarp tas var izplatīties ļoti lēnā ātrumā vai pat apstāties.

Tas ir ļoti interesanti, no vienas puses, un ļoti svarīgi, jo ļauj manipulēt ar gaismu un darīt jebko, tostarp iegūt tādu fenomenu kā kvantu interneta tīkls. Tas ļauj to izmantot kā informācijas pārsūtīšanas aģentu. Tagad tā galvenais nesējs ir elektriskais lādiņš. Bet tas ir nepilnīgs objekts. Tāpēc jebkura elektriskā lādiņa kustība vai paātrinājums noved pie enerģijas zudumiem, kas nonāk vidē un silda procesoru un mikroshēmas elementus.

Pats internets cilvēcei izmaksā vairāk nekā 5% no tā saražotās enerģijas. Tāpēc elektronu aizstāšana ar fotoniem ideālā gadījumā samazinātu milzīgu enerģijas daudzumu. Attiecīgi arī paša interneta izmaksaskritīs.

Kvantu internets Krievijā

Darbi Krievijā kvantu interneta jomā ir unikāli. Neskatoties uz zemo finansējumu un visādiem šķēršļiem, zinātnieki ir veikuši pietiekami daudz eksperimentu un sasnieguši vadošo pozīciju šajā jomā.

Rezultātā mums izdevās izveidot unikālu, augsta līmeņa iestādi. Tas apvieno eksperimentālās un teorētiskās grupas, kā arī lietišķos pētījumus. Šo institūtu dažādos veidos daļēji finansē Gazprombank, daļēji valsts. Jebkurā gadījumā šis ir piemērs, kam Krievijas zinātnei vajadzētu sekot, neapstājoties pie nekā.

Jaunu teritoriju iekarošana

Pašreizējā kvantu interneta attīstības stadijā var nosaukt tikai tās datu aizsardzības tehnoloģijas, kas izmanto kvantu kriptogrāfiju. Šādi tīkli mūsdienās ir diezgan vienkārši no punkta uz punktu savienojumi. Zinātnieku mērķis ir radīt sadarbības risinājumus, kas apvieno dažādus kanālus un šifrēšanas metodes.

Ja sekosiet līdzi idejas īstenošanai, Krievijas pētnieku rezultāti būs nozīmīgāki. Viens piemērs ir viena fotona emitera detektors, kas tiek izstrādāts Kurčatova institūtā.

Lai pastāvētu tāds atklājums kā kvantu internets, zinātniekiem ir jāatrisina grūtības, kas saistītas ar mūsdienu kvantu datu pārraides un telekomunikāciju tīklu speciālā aprīkojuma apvienošanu.

Galvenās problēmas ir saistītas ar pārslēgšanas un signāla pastiprināšanas risinājumu. Ja nosūtāt kvantu informāciju, izmantojot standarta optisko šķiedru, tā netiks cauri reģeneratoram. Tāpēc viens no risinājumiem ir pārvērst signālu par elektrisko signālu un pēc tam atgriezties sākotnējā stāvoklī.

Šodien limits ir trīssimt kilometru. Tas ir attālums, kurā ir nepieciešams atjaunot optisko signālu. Mums ir nepieciešams arī kvantu slēdža prototips. Kopējo problemātisko uzdevumu apjomu var atrisināt tikai desmit gadu laikā. Neskatoties uz to, zinātniskajās aprindās viņi strīdas par kvantu interneta "apseglošanas" iespēju. Ko tas var dot un kā tas var palīdzēt? Šodien viennozīmīgas atbildes nav, taču risinājums jautājumam par šādu tehnoloģiju ieviešanu un ieviešanu vidusmēra iedzīvotājam noteikti uzlabos viņa dzīves kvalitāti un drošību.

Tuvojas jauna ēra

Ķīna šodien ir izvirzījusi vērienīgu projektu 1200 kilometru kvantu tīkla pārraidei, izmantojot satelītu.

Šobrīd ir sasniegta maksimālā simts kilometru distance. Zinātnieki ir izstrādājuši veidu, kā aizsargāt signālu no meteoroloģisko apstākļu ietekmes. Tomēr šī sajūta, visticamāk, ir saistīta nevis ar teleportāciju, kas katru gadu pieaug, bet gan ar kvantu kriptogrāfiju, citiem vārdiem sakot, jaunu datu šifrēšanas sistēmu.

Kvantu kodu nevar uzlauzt, precīzāk, to uzlaužot informācija pazūd. Kiberkara laikmetā tas nozīmē neievainojamību. Kvantu kriptogrāfiju jau sen izmanto tie, kas meklē garantijasdrošību. Kā, piemēram, pirms dažiem gadiem Šveices bankas sāka apmainīties ar datiem par saviem klientiem, izmantojot kvantu tīklu. Mūsdienās tie ir ierobežoti vairāku desmitu kilometru attālumā. Krievijas Kvantu centrs gatavojas ieviest tādu pašu sistēmu, kā arī apgūt kvantu signāla pārraidi caur kosmosa satelītu.

Ievads un ieviešana

Tikmēr Sanktpēterburgā starp divām universitātes ēkām Krievijā tika atklāts pirmais kvantu interneta tīkls.

Informācija tiek pārraidīta, izmantojot kvantu fizikas likumus. Gudrākās korporācijas un valdības tagad investē šajā jomā. Nākotnes informācijas pārraides tehnoloģija tiek ieviesta uz esošās bāzes. Optiskās šķiedras kabelis, pazīstams dators, bet jauns maršrutētājs un fotonu ģenerators.

Jaunā interneta pastāvēšana sākas ar lāzeru, kur atrodas atsevišķu fotonu avots. Viņiem ir laba īpašība informācijas pārsūtīšanai drošā veidā. Vienu fotonu nevar sadalīt. Atslēga veidota tā, ka nolasīšana nav iespējama. Lai fotonu pārvērstu par informācijas nesēju, sistēma maina savu stāvokli, impulsa viļņa svārstību fāzi. Mūsdienās kvantu tehnoloģiju attīstības līmenis ir salīdzināms ar to, kādi mobilie sakari izskatījās pirms trīsdesmit gadiem, paies vēl pieci līdz desmit gadi, un fotonu kvanti varēs mums sniegt drošu informācijas internetu.

Kvantu internets Kazaņā

Tatarstānā ir palaists kvantu interneta tīkls, tā eksperimentālā vieta atrodas Kazaņā. Šī programmair nozīmīgs sasniegums kvantu komunikāciju attīstībā Krievijā. Pēc zinātnieku domām, viņa ir absolūti imūna pret hakeru uzbrukumiem.

Šodien mūsu interneta tīkla aizsardzība balstās uz matemātisko algoritmu šifrēšanu, taču pat vissarežģītāko kodu var uzlauzt. Jo jaudīgākas ir hakeru skaitļošanas spējas, jo vieglāk un ātrāk ir aprēķināt šifrēšanas algoritmu.

Rakstā aprakstītā tehnoloģija kļūs par jaunu tīkla drošības struktūru. Kvantu internets Kazaņā tiks apvienots četros mezglos, kas atrodas 30-40 kilometru attālumā viens no otra. Izmaksas par izvēli starp diviem punktiem ir aptuveni simts tūkstoši dolāru. Eksperimentālajā sadaļā tīkls uzrādīja kvantu interneta ātrumu 117 kb / s ar attālumu divarpus kilometrus. Šis rezultāts ir par vienu pakāpi augstāks nekā Eiropas izmēģinājumos. Tīklā kvantu bitu pārraides zudumu ātrums optiskajā kanālā bija divdesmit dB. Tas ir līdzvērtīgs simts kilometrus garai rindai.

Ir vērts atzīmēt, ka šis projekts ietver Tattelecom infrastruktūras telekomunikāciju tīkla darbības līniju.

Tīkls savienos pilsētas

2017. gadā plānots uzsākt projektu jaunu tehnoloģiju ieviešanai. Kvantu internets Tatarstānā ļaus savienot birojus dažādās pilsētās. Tas ir viens no galvenajiem Kazaņas kvantu centra KNITU-KAI un tā vadītāja izvirzītajiem uzdevumiem. Vērojot viņu panākumus, cilvēks bez šaubām uzskata, ka tas tā būs.