Quantum Internet - hvad er det, hvordan fungerer det? Fordele. kvantenetværk

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 10:22

Nylige undersøgelser udført af europæiske og russiske videnskabsmænd har vist, at bevægelsen af kvante- og klassisk information med succes kan eksistere side om side inden for grænserne af de samme fiberoptiske datatransmissionslinjer. Dette gør det muligt i fremtiden for en gradvis overgang fra det sædvanlige internet, til et netværk baseret på paradokserne ved elementarpartikler, kvante internetnetværket.

Accelerer i forskning

En revolution er under opsejling i computerindustrien. Fysikere ved University of Pennsylvania har sagt, at konventionelle siliciumchips vil nå deres grænse om fire år. Det vil ikke være muligt at reducere dem yderligere, så almindelige computere har ikke lang tid tilbage.

De vil blive erstattet af fundament alt nye teknologier, kvantecomputere. I stedet for chips vil der være elementære partikler. Takket være dette er det muligt at reducere størrelsen drastisk og øge produktiviteten. Indtil videre er disse prototyper ikke hurtigere end en svag computer, men det er bare et spørgsmål om tid. Til gengæld, ved at bruge det mest kraftfulde potentiale, vil det være muligt at løse hurtigereproblemer og vanskeligheder med implementeringen af et fundament alt nyt, kvanteinternet.

Mysteries of the quantum internet

Hvordan fungerer kvanteinternettet? Hvad er det, og hvad er dets essens? Forskellen er, at den er baseret på kvantemekanikkens love. Det er blevet omfavnet af videnskabsmænd som et varmt, kantet felt, der kan bruges til at beskrive fænomener, der ikke er fuldt ud forstået. En af dem er den fotoelektriske effekt.

Kvantefysikkens paradokser i menneskehedens tjeneste

I dag er det klart: I vores nærmeste fremtid vil et sådant fænomen som kvanteinternettet indtræde. Hvad kan dette bringe os, eller hvordan bliver det? Måske vil dette være endnu et spring, der ligner introduktionen af halvledertransistorer i fortiden.

Dens princip er baseret på egenskaben superposition og kvantesammenfiltring. Den har ikke et bestemt spin, og når man måler et, viser det andet det modsatte. For en mere fuldstændig forståelse betyder dette, at hver elementær partikel, der bærer information, er usynligt forbundet med dets "sammenfiltrede" par. Desuden spiller afstanden mellem dem ingen rolle, information transmitteres øjeblikkeligt.

Ved at bruge disse unormale love åbner der sig store muligheder i hastigheden og fortroligheden af dataoverførsel. Det er umuligt at opsnappe information sendt på denne måde uden at blive bemærket: enhver læsning efterlader spor eller ødelægger den originale information.

Hastigheden er hurtigere end antaget

Med hensyn til de seneste data om måling af dataoverførselshastighed, forbløffer de vores fantasi. Det overstiger lysets hastighed med titusind gange. Men højst sandsynligt vil forskere i fremtiden opdage, at sign altransmissionshastigheden er meget højere end tidligere bestemt, sådan er kvanteinternettet. Hvad betyder det? Hvad kan dette give os? Måske transmission af signaler til tidligere utænkelige afstande i rummet og nye opdagelser.

Nye teknologier i fotoner

I teknologien til at konvertere fotoner til en informationsbærer har russiske videnskabsmænd fundet brugen af kunstigt dyrkede krystaller, nemlig diamanter.

Det viser sig, at når lys passerer gennem krystaller, får det egenskaben som en væske og begynder at danne dråber, hvirvler, bølger. Det kan dirigeres gennem alle kanaler. Generelt opfører det sig som en væske. Herunder kan det spredes med meget langsom hastighed eller endda stoppe.

Dette er meget interessant på den ene side og meget vigtigt, fordi det giver dig mulighed for at manipulere lys og gøre hvad som helst, inklusive at få et sådant fænomen som et kvante-internetnetværk. Dette gør det muligt at bruge det som en informationsoverførselsagent. Nu er dens vigtigste bærer en elektrisk ladning. Men det er et uperfekt objekt. Derfor fører enhver bevægelse eller acceleration af en elektrisk ladning til energitab, der går ind i miljøet og opvarmer processor- og mikrokredsløbselementerne.

Internettet i sig selv koster menneskeheden mere end 5 % af den energi, det producerer. Derfor ville udskiftningen af en elektron med fotoner ideelt set føre til en reduktion i tabet af en kolossal mængde energi. Derfor omkostningerne ved selve internettetvil falde.

Quantum Internet i Rusland

Værker i Rusland på kvanteinternettet er unikke. På trods af den lave finansiering og alle mulige forhindringer har videnskabsmænd udført nok eksperimenter og opnået en førende position på dette område.

Som et resultat lykkedes det os at skabe en unik institution på højt niveau. Det kombinerer eksperimentelle og teoretiske grupper samt anvendt forskning. Dette institut finansieres dels af Gazprombank, dels af staten i forskellige former. Under alle omstændigheder er dette eksemplet, som russisk videnskab bør følge uden at stoppe ved noget.

Erobring af nye territorier

På det nuværende udviklingsstadium af kvanteinternettet er det kun databeskyttelsesteknologier, der bruger kvantekryptografi, der kan navngives. Sådanne netværk er i dag ret simple punkt-til-punkt-forbindelser. Forskere sigter efter at skabe samarbejdsløsninger, der kombinerer forskellige kanaler og krypteringsmetoder.

Hvis du følger implementeringen af ideen, vil resultaterne fra russiske forskere være mere betydningsfulde. Et eksempel er enkeltfoton-emitterdetektoren, der udvikles på Kurchatov Institute.

For eksistensen af en sådan opdagelse som kvante-internettet er videnskabsmænd nødt til at løse vanskelighederne ved at kombinere specialudstyr til kvantedatatransmission og telekommunikationsnetværk, der eksisterer i dag.

De vigtigste problemer ligger i løsningen af switching og signalforstærkning. Hvis du sender kvantebaseret information over en standard optisk fiber, så passerer den ikke gennem regeneratoren. Derfor er en løsning at omdanne signalet til et elektrisk og derefter vende tilbage til dets oprindelige position.

I dag er grænsen tre hundrede kilometer. Dette er den afstand, hvor det er nødvendigt at regenerere det optiske signal. Vi har også brug for en kvanteswitch-prototype. Den samlede mængde af problematiske opgaver kan kun løses inden for ti år. Ikke desto mindre skændes de i videnskabelige kredse om muligheden for at "sadle" kvanteinternettet. Hvad kan det bringe, og hvordan kan det hjælpe? I dag er der ikke noget entydigt svar, men løsningen på spørgsmålet om at indføre og bringe sådanne teknologier til den gennemsnitlige borger vil helt sikkert forbedre hans livskvalitet og sikkerhed.

En ny æra er på vej

Kina har i dag sat et ambitiøst projekt for at lave 1200 kilometer kvantenetværkstransmission ved hjælp af satellit.

En maksimal afstand på hundrede kilometer er nået i øjeblikket. Forskere har udviklet, hvordan man beskytter signalet mod virkningerne af meteorologiske forhold. Denne fornemmelse er dog mere sandsynligt ikke forbundet med teleportation, som øges hvert år, men med kvantekryptografi, med andre ord, et nyt datakrypteringssystem.

En kvantekode kan ikke hackes, mere præcist, når den hackes, forsvinder information. I cyberkrigstidens æra betyder dette usårlighed. Kvantekryptografi har længe været brugt af dem, der søger garantiersikkerhed. Hvordan for eksempel for et par år siden begyndte schweiziske banker at udveksle data om deres kunder gennem et kvantenetværk. I dag er de begrænset til en afstand på flere titusinder kilometer. Det russiske kvantecenter forbereder sig på at introducere det samme system, samt at mestre transmissionen af et kvantesignal via en rumsatellit.

Introduktion og implementering

I mellemtiden blev det første kvanteinternetnetværk lanceret i Skt. Petersborg mellem to universitetsbygninger i Rusland.

Information transmitteres ved hjælp af kvantefysikkens love. De smarteste virksomheder og regeringer investerer nu i dette område. Den fremtidige informationsoverførselsteknologi implementeres på basis af den eksisterende. Fiberoptisk kabel, velkendt computer, men en ny router og fotongenerator.

Eksistensen af det nye internet begynder med en laser, hvor kilden til enkelte fotoner er placeret. De har en god egenskab til at overføre information på en sikker måde. En enkelt foton kan ikke opdeles. Nøglen er udformet på en sådan måde, at læsning ikke er mulig. For at omdanne en foton til en informationsbærer ændrer systemet sin tilstand, fasen af impulsbølgeoscillationen. I dag er udviklingsniveauet for kvanteteknologi sammenligneligt med, hvordan mobilkommunikation så ud for tredive år siden, der vil gå yderligere fem til ti år, og fotonkvanter vil være i stand til at give os et sikkert informationsinternet.

Quantum Internet i Kazan

Et kvante-internetnetværk er blevet lanceret i Tatarstan, dets eksperimentelle websted er placeret i Kazan. Dette programer en vigtig bedrift i udviklingen af kvantekommunikation i Rusland. Ifølge videnskabsmænd er hun absolut immun over for hackerangreb.

I dag er beskyttelsen af vores internetnetværk baseret på kryptering af matematiske algoritmer, men selv den mest komplekse kode kan knækkes. Jo mere kraftfulde hackere er, jo nemmere og hurtigere er det at beregne krypteringsalgoritmen.

Teknologien beskrevet i artiklen bliver en ny netværkssikkerhedsstruktur. Quantum Internet i Kazan vil blive kombineret til fire noder i en afstand af 30-40 kilometer fra hinanden. Omkostningerne ved at vælge mellem to punkter er omkring hundrede tusinde dollars. I det eksperimentelle afsnit viste netværket en kvante internethastighed på 117 kb/s med en afstand på to en halv kilometer. Dette resultat er en størrelsesorden højere end i europæiske forsøg. I netværket var transmissionstabet af kvantebit i den optiske kanal tyve dB. Dette svarer til en hundrede kilometer lang linje.

Det er værd at bemærke, at dette projekt involverer driften af Tattelecom-infrastrukturens telekommunikationsnetværk.

Netværk vil forbinde byer

I 2017 er det planlagt at starte et projekt for at introducere ny teknologi. Quantum Internet i Tatarstan gør det muligt at forbinde kontorer i forskellige byer. Dette er en af hovedopgaverne sat af Kazan Quantum Center KNITU-KAI og dets leder. Når man ser deres succeser, tror man uden tvivl på, at dette vil være tilfældet.