Кванттық интернет - бұл не, ол қалай жұмыс істейді? Артықшылықтары. кванттық желі

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-17 10:33

Еуропалық және ресейлік ғалымдар жүргізген соңғы зерттеулер кванттық және классикалық ақпараттың қозғалысы бір талшықты-оптикалық деректерді беру желілерінің шекараларында сәтті қатар өмір сүре алатынын көрсетті. Бұл болашақта кәдімгі Интернеттен қарапайым бөлшектердің парадокстарына негізделген желіге, кванттық интернет желісіне біртіндеп көшуге мүмкіндік береді.

Зерттеуде жылдамдату

Компьютер индустриясында революция жасалуда. Пенсильвания университетінің физиктері кәдімгі кремний чиптері төрт жылдан кейін шегіне жететінін айтты. Оларды одан әрі қысқарту мүмкін емес, сондықтан қарапайым компьютерлер ұзақ өмір сүрмейді.

Олардың орнын түбегейлі жаңа технологиялар, кванттық компьютерлер басады. Чиптердің орнына элементар бөлшектер болады. Осының арқасында көлемін күрт азайтып, өнімділікті арттыруға болады. Әзірге бұл прототиптер әлсіз компьютерден жылдам емес, бірақ бұл уақыт мәселесі. Өз кезегінде, ең қуатты әлеуетті пайдалана отырып, оны тезірек шешуге боладытүбегейлі жаңа, кванттық Интернетті енгізудегі мәселелер мен қиындықтар.

Кванттық интернеттің құпиялары

Кванттық интернет қалай жұмыс істейді? Бұл не және оның мәні неде? Айырмашылығы – ол кванттық механика заңдарына негізделген. Оны ғалымдар толығымен түсінілмеген құбылыстарды сипаттау үшін қолдануға болатын ыстық, өткір өріс ретінде қабылдады. Солардың бірі фотоэффект.

Кванттық физиканың парадокстары адамзатқа қызмет етеді

Бүгін анық: біздің жақын болашақта кванттық Интернет сияқты құбылыс енеді. Бұл бізге не әкелуі мүмкін немесе ол қалай болады? Бәлкім, бұл бұрынғы жартылай өткізгіш транзисторларды енгізуге ұқсас тағы бір секіріс болар.

Оның принципі суперпозиция мен кванттық түйісу қасиетіне негізделген. Оның белгілі бір айналуы жоқ, ал біреуін өлшегенде, екіншісі керісінше көрсетеді. Неғұрлым толық түсіну үшін бұл ақпаратты тасымалдайтын әрбір элементар бөлшек өзінің «шығысқан» жұбымен көзге көрінбейтін байланысты екенін білдіреді. Оның үстіне олардың арасындағы қашықтық ешқандай рөл атқармайды, ақпарат бірден беріледі.

Осы аномальдық заңдарды пайдалану деректерді тасымалдау жылдамдығы мен құпиялылығында үлкен мүмкіндіктер ашады. Бұл жолмен жіберілген ақпаратты байқамай ұстап алу мүмкін емес: кез келген оқу із қалдырады немесе бастапқы ақпаратты жояды.

Жылдамдық ойлағаннан да жылдам

Деректерді тасымалдау жылдамдығын өлшеу туралы соңғы деректерге келетін болсақ, олар біздің қиялымызды таң қалдырады. Ол жарық жылдамдығынан он есе асып түседімың рет. Бірақ, мүмкін, ғалымдар болашақта сигнал беру жылдамдығы бұрын анықталғаннан әлдеқайда жоғары екенін табады, мысалы, кванттық Интернет. Бұл нені білдіреді? Бұл бізге не бере алады? Мүмкін сигналдарды ғарышта бұрын ойланбаған қашықтыққа жіберу және жаңа ашылулар.

Фотондардағы жаңа технологиялар

Фотондарды ақпарат тасымалдаушыға айналдыру технологиясында ресейлік ғалымдар жасанды түрде өсірілген кристалдардың, атап айтқанда гауһар тастардың қолданылуын тапты.

Жарық кристалдардан өткенде сұйық қасиетке ие болып, тамшылар, құйындар, толқындар түзе бастайды екен. Оны кез келген арна арқылы бағыттауға болады. Жалпы, ол сұйықтық сияқты әрекет етеді. Оның ішінде өте баяу жылдамдықпен таралуы немесе тіпті тоқтауы мүмкін.

Бұл бір жағынан өте қызық және өте маңызды, өйткені ол жарықты манипуляциялауға және кез келген нәрсені жасауға, соның ішінде кванттық интернет желісі сияқты құбылысты алуға мүмкіндік береді. Бұл оны ақпаратты тасымалдау агенті ретінде пайдалануға мүмкіндік береді. Енді оның негізгі тасымалдаушысы – электр заряды. Бірақ бұл жетілмеген нысан. Демек, электр зарядының кез келген қозғалысы немесе үдеуі қоршаған ортаға түсіп, процессор мен микросұлба элементтерін қыздыратын энергия жоғалуына әкеледі.

Интернеттің өзі адамзат өндіретін энергияның 5%-дан астамын құрайды. Демек, электронды фотондармен ауыстыру энергияның үлкен мөлшерін жоғалтуды азайтуға әкеледі. Тиісінше, Интернеттің өзі құнықұлайды.

Ресейдегі кванттық интернет

Ресейдегі кванттық интернеттегі жұмыс бірегей. Қаржының аздығына және әртүрлі кедергілерге қарамастан, ғалымдар жеткілікті тәжірибелер жүргізіп, осы салада жетекші орынға қол жеткізді.

Нәтижесінде бірегей, жоғары деңгейдегі мекеме құра алдық. Ол тәжірибелік және теориялық топтармен қатар қолданбалы зерттеулерді біріктіреді. Бұл институтты ішінара Газпромбанк, ішінара мемлекет әртүрлі нысандарда қаржыландырады. Қалай болғанда да, бұл орыс ғылымы ешнәрсеге тоқтамай үлгі алуы керек.

Жаңа аумақтарды жаулап алу

Кванттық Интернет дамуының қазіргі кезеңінде тек кванттық криптографияны қолданатын деректерді қорғау технологияларын атауға болады. Мұндай желілер бүгінгі күні өте қарапайым нүктеден нүктеге қосылымдар болып табылады. Ғалымдар әртүрлі арналар мен шифрлау әдістерін біріктіретін бірлескен шешімдер жасауды мақсат етеді.

Идеяның жүзеге асуын қадағаласаңыз, ресейлік зерттеушілердің нәтижелері айтарлықтай болады. Бір мысал, Курчатов институтында жасалып жатқан бір фотонды эмитент детекторы.

Кванттық Интернет сияқты жаңалықтың болуы үшін ғалымдар кванттық мәліметтерді тасымалдауға арналған арнайы жабдықты және бүгінгі күні бар телекоммуникация желілерін біріктіру қиындықтарын шешуі керек.

Негізгі мәселелер коммутация мен сигналды күшейтуді шешуде. Егер сіз кванттық ақпаратты стандартты оптикалық талшық арқылы жіберсеңіз, онда ол регенератор арқылы өтпейді. Сондықтан, бір шешім - сигналды электрлік сигналға айналдырып, содан кейін бастапқы орнына оралу.

Бүгінгі шек – үш жүз шақырым. Бұл оптикалық сигналды қалпына келтіру үшін қажет қашықтық. Сондай-ақ бізге кванттық қосқыштың прототипі қажет. Проблемалық міндеттердің жалпы көлемін тек он жыл ішінде шешуге болады. Соған қарамастан, ғылыми ортада олар кванттық Интернетті «қосу» мүмкіндігі туралы дауласады. Ол не әкелуі мүмкін және ол қалай көмектесе алады? Бүгінгі күні біржақты жауап жоқ, бірақ мұндай технологияларды қарапайым азаматқа енгізу және жеткізу мәселесін шешу оның өмір сүру сапасы мен қауіпсіздігін арттыратыны сөзсіз.

Жаңа дәуір келе жатыр

Қытай бүгін спутник арқылы 1200 километрлік кванттық желіні тарату үшін өршіл жобаны белгіледі.

Қазіргі уақытта максималды қашықтық жүз километрге жетті. Ғалымдар сигналды метеорологиялық жағдайлардың әсерінен қалай қорғау керектігін ойлап тапты. Дегенмен, бұл сезім жыл сайын артып келе жатқан телепортациямен емес, кванттық криптографиямен, басқаша айтқанда, деректерді шифрлаудың жаңа жүйесімен байланысты болуы мүмкін.

Кванттық кодты бұзу мүмкін емес, дәлірек айтқанда, ол бұзылған кезде ақпарат жоғалады. Киберсоғыс дәуірінде бұл осалсыздықты білдіреді. Кепілдік іздейтіндер кванттық криптографияны бұрыннан қолданып келедіқауіпсіздік. Мысалы, бірнеше жыл бұрын швейцариялық банктер кванттық желі арқылы өз клиенттері туралы деректермен алмасуды қалай бастады. Бүгінде олар бірнеше ондаған шақырым қашықтықпен шектелген. Ресейлік кванттық орталық дәл осындай жүйені енгізуге, сондай-ақ ғарыштық спутник арқылы кванттық сигнал беруді меңгеруге дайындалуда.

Кіріспе және енгізу

Осы уақытта Санкт-Петербургте Ресейдегі екі университет ғимараты арасында бірінші кванттық интернет желісі іске қосылды.

Ақпарат кванттық физика заңдары арқылы беріледі. Ең ақылды корпорациялар мен үкіметтер қазір осы салаға инвестиция салуда. Қолданыстағының негізінде болашақ ақпаратты беру технологиясы жүзеге асырылуда. Талшықты-оптикалық кабель, таныс компьютер, бірақ жаңа маршрутизатор және фотон генераторы.

Жаңа интернеттің болуы лазерден басталады, мұнда жалғыз фотондардың көзі орналасқан. Олар ақпаратты қауіпсіз жолмен беру үшін жақсы қасиетке ие. Бір фотонды бөлуге болмайды. Кілт оқу мүмкін болмайтындай етіп қалыптасады. Фотонды ақпараттық тасымалдаушыға айналдыру үшін жүйе оның күйін, импульстік толқын тербеліс фазасын өзгертеді. Бүгінгі таңда кванттық технологияның даму деңгейі мобильді байланыстың отыз жыл бұрынғы көрінісімен салыстыруға болады, тағы бес-он жыл өтеді және фотон кванттары бізге қауіпсіз ақпараттық интернетті бере алады.

Қазандағы кванттық интернет

Татарстанда кванттық интернет желісі іске қосылды, оның тәжірибелік алаңы Қазанда орналасқан. Бұл бағдарламаРесейдегі кванттық байланыстарды дамытудағы маңызды жетістік болып табылады. Ғалымдардың айтуынша, ол хакерлік шабуылдарға мүлдем қарсы.

Бүгінгі күні біздің интернет желісін қорғау математикалық алгоритмдерді шифрлауға негізделген, бірақ ең күрделі кодты да бұзуға болады. Хакерлердің есептеу қабілеттері неғұрлым күшті болса, шифрлау алгоритмін есептеу оңайырақ және жылдамырақ болады.

Мақалада сипатталған технология желілік қауіпсіздіктің жаңа құрылымы болады. Қазандағы кванттық интернет бір-бірінен 30-40 шақырым қашықтықтағы төрт түйінге біріктіріледі. Екі нүктені таңдау құны шамамен жүз мың долларды құрайды. Эксперименттік бөлімде желі екі жарым километр қашықтықпен 117 кб/с кванттық интернет жылдамдығын көрсетті. Бұл нәтиже еуропалық сынақтардағыдан жоғары. Желіде оптикалық арнадағы кванттық биттердің беріліс жоғалту жылдамдығы жиырма дБ болды. Бұл жүз километр ұзындықтағы сызыққа тең.

Айта кетейік, бұл жоба Tattelecom инфрақұрылымының телекоммуникация желісінің жұмыс желісін қамтиды.

Желі қалаларды қосады

2017 жылы жаңа технологияны енгізу жобасын бастау жоспарлануда. Татарстандағы кванттық интернет әртүрлі қалалардағы кеңселерді қосуға мүмкіндік береді. Бұл КНИТУ-КАИ Қазан кванттық орталығы мен оның жетекшісінің алға қойған негізгі міндеттерінің бірі. Олардың жетістіктерін тамашалай отырып, осылай болатынына күмәнсіз сенеді.