Kvant-Internet – mis see on, kuidas see töötab? Eelised. kvantvõrk

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 10:25

Euroopa ja Venemaa teadlaste hiljutised uuringud on näidanud, et kvant- ja klassikalise teabe liikumine võib eduk alt eksisteerida samade fiiberoptiliste andmeedastusliinide piires. See võimaldab tulevikus järk-järgult üle minna tavapäraselt Internetilt elementaarosakeste paradoksidel põhinevale võrgule, kvant-Interneti võrgule.

Uurimise kiirendamine

Arvutitööstuses on valmimas revolutsioon. Pennsylvania ülikooli füüsikud on öelnud, et tavapärased ränikiibid jõuavad oma piirini nelja aasta pärast. Neid ei ole võimalik veelgi vähendada, nii et tavalistel arvutitel pole kaua elada.

Need asendatakse põhimõtteliselt uute tehnoloogiate, kvantarvutitega. Laastude asemel on elementaarosakesed. Tänu sellele on võimalik suurust drastiliselt vähendada ja tootlikkust tõsta. Seni pole need prototüübid nõrgast arvutist kiiremad, kuid see on vaid aja küsimus. Kõige võimsamat potentsiaali kasutades on omakorda võimalik kiiremini lahendadaprobleemid ja raskused põhimõtteliselt uue kvant-Interneti rakendamisel.

Kvantinterneti saladused

Kuidas kvantinternet töötab? Mis see on ja mis on selle olemus? Erinevus seisneb selles, et see põhineb kvantmehaanika seadustel. Teadlased on selle omaks võtnud kui kuuma, närvilise välja, mida saab kasutada nähtuste kirjeldamiseks, mida ei mõisteta täielikult. Üks neist on fotoelektriline efekt.

Kvantfüüsika paradoksid inimkonna teenistuses

Täna on selge: meie lähitulevikus saabub selline nähtus nagu kvantinternet. Mida see meile tuua võib või kuidas see saab olema? Võib-olla on see järjekordne hüpe, mis sarnaneb pooljuhttransistoride kasutuselevõtuga minevikus.

Selle põhimõte põhineb superpositsiooni ja kvantpõimumise omadusel. Sellel ei ole kindlat spinni ja ühe mõõtmisel näitab teine vastupidist. Täielikumaks mõistmiseks tähendab see, et iga informatsiooni kandev elementaarosake on nähtamatult seotud oma "põimunud" paariga. Pealegi ei mängi nendevaheline kaugus mingit rolli, teave edastatakse koheselt.

Neid ebanormaalseid seadusi kasutades avanevad suurepärased võimalused andmete edastamise kiiruses ja konfidentsiaalsuses. Sel viisil saadetud teavet on võimatu märkamatult pe alt kuulata: iga lugemine jätab jäljed või hävitab algse teabe.

Kiirus on arvatust suurem

Mis puudutab uusimaid andmeid andmeedastuskiiruse mõõtmise kohta, siis need hämmastavad meie kujutlusvõimet. See ületab valguse kiirust kümne võrratuhat korda. Kuid tõenäoliselt avastavad teadlased tulevikus, et signaali edastuskiirus on palju suurem kui varem kindlaks määratud, näiteks kvantinternet. Mida see tähendab? Mida see meile anda võib? Võib-olla signaalide edastamine varem mõeldamatutele kaugustele kosmoses ja uued avastused.

Uued tehnoloogiad footonites

Fotonite teabekandjaks muundamise tehnoloogias on Venemaa teadlased leidnud kunstlikult kasvatatud kristallide, nimelt teemantide kasutamise.

Selgub, et kui valgus läbib kristalle, omandab see vedeliku omaduse ja hakkab moodustama tilku, keeriseid, laineid. Seda saab suunata mis tahes kanalite kaudu. Üldiselt käitub see nagu vedelik. Sealhulgas võib see levida väga aeglasel kiirusel või isegi peatuda.

See on ühest küljest väga huvitav ja väga oluline, sest see võimaldab teil manipuleerida valgusega ja teha kõike, sealhulgas saada sellist nähtust nagu kvantinternetivõrk. See võimaldab seda kasutada teabeedastusagendina. Nüüd on selle peamiseks kandjaks elektrilaeng. Kuid see on ebatäiuslik objekt. Seetõttu põhjustab elektrilaengu igasugune liikumine või kiirendamine energiakadusid, mis lähevad keskkonda ning soojendavad protsessorit ja mikroskeemi elemente.

Internet ise maksab inimkonnale rohkem kui 5% oma toodetud energiast. Seetõttu tooks elektroni asendamine footonitega ideaaljuhul kaasa kolossaalse energiakao vähenemise. Sellest lähtuv alt ka Interneti enda maksumuskukub.

Kvant-Internet Venemaal

Venemaal tehtavad tööd kvantinterneti alal on ainulaadsed. Vaatamata vähesele rahastamisele ja kõikvõimalikele takistustele on teadlased teinud piisav alt katseid ja saavutanud selles valdkonnas liidripositsiooni.

Selle tulemusel õnnestus meil luua ainulaadne kõrgetasemeline asutus. See ühendab eksperimentaalseid ja teoreetilisi rühmi ning rakendusuuringuid. Seda instituuti rahastab osaliselt Gazprombank, osaliselt riik erinevates vormides. Igal juhul on see eeskuju, mida Venemaa teadus peaks järgima ilma millegi juures peatumata.

Uute territooriumide vallutamine

Kvant-Interneti praeguses arengujärgus saab nimetada ainult kvantkrüptograafiat kasutavaid andmekaitsetehnoloogiaid. Sellised võrgud on tänapäeval üsna lihtsad punkt-punkti ühendused. Teadlaste eesmärk on luua koostöölahendusi, mis ühendavad erinevaid kanaleid ja krüptimismeetodeid.

Kui jälgida idee elluviimist, on Venemaa teadlaste tulemused märkimisväärsemad. Üheks näiteks on Kurtšatovi Instituudis töötav ühefootonilise emitteri detektor.

Sellise avastuse nagu kvantinternet olemasoluks peavad teadlased lahendama raskused, mis on seotud tänapäeval olemasolevate kvantandmete edastamise ja telekommunikatsioonivõrkude eriseadmete kombineerimisega.

Peamised probleemid seisnevad ümberlülitamise ja signaali võimendamise lahenduses. Kui saadate kvantipõhist teavet tavalise optilise kiu kaudu, siis see ei läbida regeneraatorit. Seetõttu on üheks lahenduseks muuta signaal elektriliseks ja seejärel naasta algsesse asendisse.

Täna on piir kolmsada kilomeetrit. See on vahemaa, mille juures on vaja optiline signaal regenereerida. Vajame ka kvantlüliti prototüüpi. Probleemsete ülesannete koguhulk saab lahendada alles kümne aasta jooksul. Sellegipoolest vaidlevad nad teadusringkondades kvant-Interneti "saduldamise" üle. Mida see võib tuua ja kuidas see võib aidata? Tänapäeval pole ühemõttelist vastust, kuid selliste tehnoloogiate juurutamise ja tavakodanikeni toomise küsimuse lahendus parandab kindlasti tema elukvaliteeti ja turvalisust.

Uus ajastu on tulekul

Hiina on täna püstitanud ambitsioonika projekti, mille eesmärk on 1200-kilomeetrine kvantvõrgu edastamine satelliidi abil.

Hetkel on saavutatud maksimaalne vahemaa sada kilomeetrit. Teadlased on välja töötanud, kuidas kaitsta signaali ilmastikutingimuste mõju eest. Tõenäoliselt pole see sensatsioon aga seotud mitte teleportatsiooniga, mis kasvab iga aastaga, vaid kvantkrüptograafiaga ehk teisisõnu uue andmete krüpteerimissüsteemiga.

Kvantkoodi ei saa häkkida, täpsem alt häkkimisel info kaob. Kübersõja ajastul tähendab see haavamatust. Kvantkrüptograafiat on pikka aega kasutanud need, kes otsivad garantiisidturvalisus. Kuidas näiteks mõned aastad tagasi hakkasid Šveitsi pangad kvantvõrgu kaudu oma klientide kohta andmeid vahetama. Tänapäeval on need piiratud mitmekümne kilomeetri kaugusel. Venemaa Kvantkeskus valmistub sama süsteemi kasutuselevõtuks, aga ka kvantsignaali edastamise valdamiseks kosmosesatelliidi kaudu.

Sissejuhatus ja juurutamine

Vahepeal käivitati Peterburis esimene kvantinternetivõrk kahe Venemaa ülikoolihoone vahel.

Teabe edastamisel kasutatakse kvantfüüsika seadusi. Kõige targemad ettevõtted ja valitsused investeerivad nüüd sellesse valdkonda. Tuleviku infoedastustehnoloogiat rakendatakse olemasoleva baasil. Fiiberoptiline kaabel, tuttav arvuti, aga uus ruuter ja footongeneraator.

Uue Interneti olemasolu saab alguse laserist, kus asub üksikute footonite allikas. Neil on hea omadus teabe turvaliseks edastamiseks. Ühtegi footonit ei saa jagada. Võti on moodustatud nii, et lugemine pole võimalik. Footoni muutmiseks infokandjaks muudab süsteem oma olekut, impulsslaine võnke faasi. Tänapäeval on kvanttehnoloogia arengutase võrreldav sellega, kuidas mobiilside kolmkümmend aastat tagasi välja nägi, möödub veel viis kuni kümme aastat ja footonkvandid saavad meile anda turvalise infointerneti.

Kvant-Internet Kaasanis

Tatarstanis on käivitatud kvantinternetivõrk, selle katsekoht asub Kaasanis. See programmon oluline saavutus kvantkommunikatsiooni arendamisel Venemaal. Teadlaste sõnul on ta häkkerite rünnakute suhtes täiesti immuunne.

Tänapäeval põhineb meie Interneti-võrgu kaitse matemaatiliste algoritmide krüpteerimisel, kuid ka kõige keerukamat koodi on võimalik murda. Mida võimsamad on häkkerite arvutusvõimed, seda lihtsam ja kiirem on krüpteerimisalgoritmi arvutamine.

Artiklis kirjeldatud tehnoloogiast saab uus võrguturbe struktuur. Kvant-Internet Kaasanis ühendatakse neljaks sõlmeks, mis asuvad üksteisest 30–40 kilomeetri kaugusel. Kahe punkti vahel valimine maksab umbes sada tuhat dollarit. Eksperimentaalses osas näitas võrk kahe ja poole kilomeetri kaugusel Interneti kvantkiiruseks 117 kb / s. See tulemus on suurusjärgu võrra kõrgem kui Euroopa katsetes. Võrgus oli optilise kanali kvantbittide edastuskao kiirus kakskümmend dB. See võrdub saja kilomeetri pikkuse joonega.

Väärib märkimist, et see projekt hõlmab Tattelecomi infrastruktuuri telekommunikatsioonivõrgu tööliini.

Võrk ühendab linnu

2017. aastal on plaanis alustada uue tehnoloogia juurutamise projektiga. Kvant-Internet Tatarstanis võimaldab ühendada kontorid erinevates linnades. See on Kaasani kvantkeskuse KNITU-KAI ja selle juhi üks peamisi ülesandeid. Nende õnnestumisi jälgides usutakse kahtlemata, et see nii läheb.