Физик Алексей Федоров подчеркнул значимость квантового интернета в популяризации квантовых технологий. Международная группа ученых из Великобритании и Германии добилась прорыва в работе над созданием квантовых информационных сетей, которые в будущем могут прийти на смену. Начало/Квантовая физика/Ученые нашли фотонную связь, позволяющую создать кремниевый квантовый интернет.
Квантовые компьютеры и квантовый интернет изменят нашу жизнь!
Со стороны отправителя, источник одиночных фотонов можно создать, сильно ослабив стандартный телекоммуникационный лазер , так что среднее число испускаемых фотонов за импульс будет меньше единицы. Чтобы получить данный эффект, используется лавинный фотодиод. Также могут использоваться различные методы регулировки фазы цифрового синтеза [2] и поляризации, такие как разделители луча и интерферометры. В случае протоколов, основанных на запутывании, запутанные фотоны генерируются через спонтанное параметрическое рассеяние. В обоих случаях телекоммуникационное волокно может быть мультиплексным для отправления не квантовой синхронизации и управляющих сигналов. Сети свободного пространства[ править править код ] Квантовые сети свободного пространства подобно оптоволоконным сетям, но полагаются на угол обзора между связывающимися сторонами вместо использования оптоволоконного соединения. Сети свободного пространства обычно поддерживают более высокую скорость передачи , чем оптоволоконные сети и не учитывают поляризационную перестановку вызванную оптоволокном.
Однако выход есть — нужно объединить квантовые процессоры промежуточного масштаба в единую сеть. Речь идет о квантовом интернете, который позволит увеличить мощность. Такая сеть предоставит огромный ресурс для решения многих вычислительных задач, пояснил физик. Он добавил, что квантового интернета пока не существует, так как для его работы требуется специальное «железо» и технологии передачи данных, а также новые телекоммуникации, алгоритмы квантового софта и архитектуры квантовых вычислительных устройств.
Шифрование государственной важности Глобальная квантовая индустрия еще только формируется, сказал «Известим» Александр Повалко. Комплексные платформенные решения существуют только в Китае, поэтому новый проект является уникальным для России, добавил Александр Повалко. Учеными созданы самые долгоживущие сверхпроводниковые элементы Однако подобные проекты очень капиталоемкие, поэтому, помимо господдержки исследований, для запуска квантовой сети потребуется серьезное коммерческое финансирование, отметил Юрий Курочкин. По его мнению, в перспективе квантовые коммуникации станут технологией, обладание которой будет определять возможность цифрового суверенитета для государства. Как писали «Известия» , «Ростелеком» планирует создание сети передачи данных с квантовым шифрованием по маршруту Москва—Удомля Тверская область , между городами, в которых расположены крупнейшие дата-центры компании. Там базируются в том числе государственные информационные системы, которые требуют самой высокой степени защиты от взлома и утечек.
В результате должно кратно вырасти качество управления и производительности труда, доступность услуг. Президент предложил в течение года подготовить новый нацпроект по формированию экономики данных на период до 2030 года. Он предполагает не только консолидацию мер поддержки технологий, в том числе квантовых, но и выстраивание целостного механизма создания и внедрения передовых разработок. Нацпроект будет охватывать исследования, подготовку кадров, формирование условий для выпуска и тестирования образцов, организацию спроса, гибкое регулирование и поддержку производства, а также технологии сбора, передачи, хранения, обеспечения безопасности данных, национальные стандарты и алгоритмы хранения и обработки информации, создание хранилища кодов. В рамках нацпроекта будут расширены меры поддержки фундаментальных исследований, в том числе увеличено финансирование широкого спектра технологий, многие из которых работают на принципах квантовой физики и механики. Также будет возобновлена и расширена программа мегагрантов для исследователей.
Стратегический проект «Квантовый интернет»
Что такое квантовый интернет? Так зачем нам он и что он делает? Для начала, квантовый интернет не является заменой обычного интернета, который у нас сейчас есть. Скорее это дополнение к нему. Он мог бы позаботиться о некоторых проблемах, которые мешают нынешнему интернету. Например, квантовый интернет обеспечит большую защиту от хакеров и киберпреступников. Прямо сейчас, если Алиса в Нью-Йорке отправляет сообщение Бобу в Калифорнии через Интернет, это сообщение проходит более или менее по прямой линии от одного побережья к другому. Попутно сигналы, которые передают сообщение, ухудшаются; повторители читают сигналы, усиливают и исправляют ошибки. Но этот процесс позволяет хакерам «взломать» и перехватить сообщение.
У квантовых сообщений нет этой проблемы.
Американские ученые создают на основе квантовой физики систему более безопасного и мощного интернета, пишет The Washington Post. Попытки перехвата отражаются на фотонах, всегда можно узнать скомпрометирована информация или нет.
Это важно для правительственных, финансовых и военных каналов передачи данных. Рассказывает обозреватель The Washington Post Джен Вайлен: «Любой, кто попытается взломать Сеть, потерпит неудачу, потому что законы квантовой механики гласят, что воздействие на частицы в квантовом состоянии автоматически изменяет их и уничтожает передаваемую информацию.
Для увеличения времени жизни уровней сверхтонкого расщепления во время работы ученым пришлось использовать температуру не больше 3 кельвинов и магнитные поля до 7 тесла. Это позволило увеличить время жизни спинового состояния за счет подавления взаимодействий с другими электронами и с кристаллической решеткой материала ионной ловушки. Таким образом, ученым удалось показать, что предложенный механизм с использованием ионов эрбия может быть использован для создания сетей из нескольких квантовых элементов памяти. Стоит отметить, однако, что сейчас работа таких устройств будет требовать очень низких температур и очень больших магнитных полей, что может заметно осложнить переход к их реальному использованию. Недавно, используя элементы квантовой памяти на основе ионов рубидия, ученым удалось реализовать протокол прямой защищенной связи.
Если все предложенные принципы работы таких сетей удастся совместить и реализовать при более приемлемых условиях, это может сильно приблизить действительное появление квантового интернета.
Китайские исследователи объявили о передаче квантовой информации на рекордном расстоянии с помощью городской сети связи. Основной экспериментальной задачей в реальной системе квантовой телепортации является измерение состояния Белла, объясняют исследователи. Это простейший пример квантовой запутанности, он показывает, что фотоны источника и приемника неразличимы после передачи на большое расстояние по оптоволокну.
Расположение оптоволоконного кабеля, приемника и передатчика сверху и схема экспериментальной установки снизу. Изображение : Si Shen et al.
Квантовый интернет «на районе». Что известно о новом способе создания сетей
В обоих случаях телекоммуникационное волокно может быть мультиплексным для отправления не квантовой синхронизации и управляющих сигналов. Сети свободного пространства[ править править код ] Квантовые сети свободного пространства подобно оптоволоконным сетям, но полагаются на угол обзора между связывающимися сторонами вместо использования оптоволоконного соединения. Сети свободного пространства обычно поддерживают более высокую скорость передачи , чем оптоволоконные сети и не учитывают поляризационную перестановку вызванную оптоволокном. Квантовая электродинамика полости[ править править код ] Телекоммуникационные лазеры и спонтанное параметрическое рассеяние , объединённые с фотодетекторами могут использоваться для квантового распределения ключей. Однако для запутанных квантовых систем важно сохранять и ретранслировать квантовую информацию, не разрушая базовые состояния. Квантовая электродинамика полости — один из возможных методов решения данной задачи. Здесь фотонные квантовые состояния могут быть переданы как в атомарные квантовые состояния имеющие квантовый выход [3] с разделёнными зарядами, хранящиеся в отдельных атомах в оптических полостях, так и из них.
Сложность заключается в том, что для этого необходимо создать систему, обладающую, на первый взгляд, несочетаемыми свойствами. С одной стороны, квантовый компьютер должен быть достаточно большим, чтобы обрабатывать огромные объемы данных. С другой, увеличение размера не должно приводить к потере квантовых свойств.
Для этого нужно сохранять высокий уровень контроля над квантовой системой. Решением, по мнению ученых, может стать создание устройств на основе концепции квантового интернета. Такой подход позволяет нарастить мощность квантовых компьютеров за счет соединения в квантовые сети — без снижения уровня контроля в каждом из них.
Китай запустил сеть квантовой связи, охватывающую примерно 2000 км между Пекином и Шанхаем, с целью ее дальнейшего расширения. Европа В ЕС лидером в области квантовых вычислений считается Голландия. Правительство Нидерландов вкладывает значительные средства в этот сектор — в 2021 году оно выделило 615 млн евро. Цель Голландии — в сотрудничестве с другими членами Евросоюза обеспечить надежную и безопасную связь и укрепить европейский суверенитет в области новых квантовых технологий. Новая квантовая сеть первоначально будет доступна для промышленности и науки в качестве испытательного стенда для разработки новых продуктов и приложений, а также для раскрытия всего потенциала распределенных квантовых вычислений. Россия В России к 2030 году планируют создать общую сеть квантовых компьютеров, на основе которых будет функционировать «квантовый интернет».
По задумке разработчиков, такая сеть увеличит производительность компьютерных устройств «в десятки и сотни миллионов раз». Как и квантовые компьютеры, квантовый интернет не вышел далеко за пределы лабораторий и испытательных стендов. Проблема у всех разработчиков общая — квантовые технологии могут работать только в защищенной среде в течение коротких промежутков времени над узкоспециализированными задачами и допускают массу ошибок.
Они оснащены ретрансляторами или усилителями, которые считывают и усиливают сигнал, чтобы он оставался неизменным на дальних расстояниях. Однако классические ретрансляторы непригодны для квантовых данных, поскольку любая попытка их считывания или копирования разрушит их. Следовательно, для передачи данных на большие расстояния квантовая информация должна сохраняться и извлекаться по всей сети, что требует наличия устройства квантовой памяти. Один из подходов к передаче квантовой информации заключается в использовании запутанных фотонов. Суть в том, что измерение состояния одного запутанного фотона мгновенно определяет состояние другого, независимо от того, насколько далеко они друг от друга находятся.
Благодаря этой связи, изучая один фотон, мы получаем информацию о другом, что позволяет передавать квантовые данные. Однако для передачи запутанных фотонов на большие расстояния требуются два устройства: одно для их создания, а второе для хранения и извлечения в сети передачи данных. Ученые уже пытались создать такие устройства, однако сталкивались с двумя основными проблемами: генерация запутанных фотонов по требованию и разработка совместимой квантовой памяти для их хранения. Основная сложность заключалась в том, что устройства для создания и хранения фотонов работали на разных длинах волн.
Стратегический проект «Квантовый интернет»
Российские учёные впервые получили удалённый доступ к мощностям отечественного квантового компьютера, разработка которого началась в 2020 году при поддержке Фонда НТИ. Международная группа ученых из Великобритании и Германии добилась прорыва в работе над созданием квантовых информационных сетей, которые в будущем могут прийти на смену. Возможность реализации квантового интернета уже неоднократно была доказана на практике. Этот эксперимент показывает, как эти проблемы можно преодолеть, и, следовательно, он устанавливает важную веху на пути к будущему квантового интернета.
Росатом обещает до 2030 года запустить квантовый интернет
| Учёным в России впервые дали облачный доступ к квантовому ионному компьютеру | Квантовый интернет — это технология передачи данных, использующая квантовую запутанность, благодаря которой информация может быть передана мгновенно и абсолютно. |
| Совершена первая в истории успешная передача квантовой информации | Партнеры планируют ускорить развитие квантовых вычислений с помощью облачной платформы VK Cloud. |
| До конца года в России построят ещё 1400 км квантовой сети | Ледингем добавил, что этот прорыв может стать началом новой эры в квантовых технологиях, поскольку он предоставляет основу для будущего квантового интернета. |
| Австралийцы создали прототип «квантового интернета» | Американские ученые создают на основе квантовой физики систему более безопасного и мощного интернета, пишет The Washington Post. |
| Ученый рассказал об интернете будущего | Сегодня делают квантовые компьютеры, проложили квантовую связь между Москвой и Санкт-Петербургом, и совсем скоро в России заработает квантовый интернет. |
Как будет развиваться квантовый интернет
Квантовый интернет – это гипотетическая сеть будущего, позволяющая обмениваться информацией в среде, работающей на основе правил квантовой механики. Но сначала ученые должны построить всемирный квантовый интернет, чтобы передавать мельчайшие квантовые частицы с одного континента на другой. Каждая из этих областей нуждается в квантовом Интернете — соединении квантовых устройств квантовыми коммуникационными каналами. Предлагаемый квантовый интернет будет основан на квантовых вычислениях – типе вычислений, основанных на главных принципах квантовой теории. Появление квантового интернета откроет широчайшие перспективы по ускорению производительности устройств.
Научная Россия/Взгляд в будущее: квантовый интернет
Он добавил, что квантового интернета пока не существует, так как для его работы требуется специальное «железо» и технологии передачи данных, а также новые телекоммуникации, алгоритмы квантового софта и архитектуры квантовых вычислительных устройств. Если говорить о перспективах, то в ближайшее время можно будет увидеть пределы для масштабирования. Правда, пока неясно, носят ли они фундаментальный характер и насколько можно будет продвинуться, однако новые идеи точно нужны, заключил физик. Ранее LIVE24 сообщало , что порядка 3,4 млрд человек на планете не могут пользоваться интернетом.
Поскольку в квантовой механике измерение квантового состояния приводит к его изменению, можно узнать, пытался ли кто-то увидеть квантовый ключ. Это позволит выявлять скомпрометированные ключи и принимать соответствующие меры. В то время как основы квантового шифрования хорошо понятны, и даже были проведены демонстрации квантового распределения ключей между Землей и космосом, совместное использование и распределение ключей по-прежнему является редкостью. Над глобальным сервисом квантового распределения ключей работают компании Toshiba и NEC , а также несколько японских университетов. Источник напомнил, что 23 июля 2020 года в Чикагском университете был представлен проект квантового интернета. Согласно плану, примeрно чeрeз год ученыe должны создать квантовый канал связи между лабораторией Чикагского унивeрситeта и Национальной лабораторией имeни Фeрми в Батавии Чикаго , США. Квантовое распределение ключей — метод передачи ключа, предполагающий использование квантовых явлений для обеспечения безопасной связи.
Этот метод позволяет двум сторонам, соединенным по открытому каналу связи, создавать известный только им общий случайный ключ и использовать его для шифрования и расшифрования сообщений [3]. Старт разработки квантового интернета в США В конце июля 2020 года Министерство энергетики США представило стратегию разработки национального квантового интернета , который невозможно будет взломать. Власти сотрудничают с университетами и отраслевыми исследователями и обещают создать решение в течение десяти лет. Подробнее здесь. РВК предоставила 300 млн рублей на разработку платформы для квантового интернета в России В конце апреля 2020 года стало известно о том, что РВК предоставила Университету ИТМО грант в размере 300 млн рублей на разработку платформы для квантового интернета. Речь идёт об аппаратно-программном решении под названием «Квантовая коммуникационная платформа цифровой экономики», которое развивается при поддержке РЖД. Запустить пилотную зону на инфраструктуре РЖД для внедрения платформы планируется в 2021 году. Идея принадлежит специалистам исследовательского центра QuTech [4]. Протокол, работающий на канальном уровне, разработан группой ученых под руководством профессора Стефани Вейнер Stephanie Wehner. Также они проработали общую концепцию квантовых сетей, которые в будущем, по их мнению, могут заменить собой традиционный интернет и локальные сети.
В основе идеи специалистов QuTech лежит принцип очень быстрой обработки кубитов, поскольку они не могут находиться в памяти длительное время. Это обеспечит высокую скорость передачи информации, а явление квантовой запутанности, еще одна основа протокола, даст возможность максимально защитить передаваемые данные.
Чтобы воплотить это в жизнь, необходимо производить как стабильные, долгоживущие кубиты, обеспечивающие вычислительную мощность, так и технологию связи, позволяющую этим кубитам связываться друг с другом в масштабе. Прошлые исследования показали, что кремний может производить одни из самых стабильных и долгоживущих кубитов в отрасли. Теперь новое исследование предоставляет доказательство того, что Т-центры, особый люминесцентный дефект в кремнии, могут обеспечивать «фотонную связь» между кубитами. Набор интегрированных фотонных устройств, используемых для выполнения первого полностью оптического односпинового измерения в кремнии. В центре каждой «микрошайбы» визуализируется одно люминесцентное вращение.
За счет этого внедрить такую связь в будущем будет проще. Подпишитесь , чтобы быть в курсе. Благодаря сверхвысокой скорости квантовые вычисления позиционируются как решение мировых проблем в разработке новых лекарств, понимании свойств материалов и оптимизации финансовых рисков. Квантовые компьютеры, созданные сегодня, уже намного опережают своих двоичных аналогов и постоянно совершенствуются за счет добавления большего количества квантовых битов в пакеты обработки и исправления ошибок. Но эти достижения не будут значить ничего, если ученые не смогут надежно передавать квантовые данные по сети. При этом квантовые данные склонны к потерям при передаче на большие расстояния из-за своей природы. Вот почему ученые ищут способы разделить сеть на более мелкие сегменты и соединить их, чтобы они имели одно и то же квантовое состояние. Что умеют программные роботы Современные сети передачи данных в интернете сталкиваются с той же проблемой. Они оснащены ретрансляторами или усилителями, которые считывают и усиливают сигнал, чтобы он оставался неизменным на дальних расстояниях.
Мы все ближе к квантовому Интернету. Но что это такое?
Ректор МГУ Виктор Садовничий рассказал президенту Владимиру Путину о создании межуниверситетской квантовой сети. Дроны легко перемещаются, их запуск быстр и дешев, поэтому в будущем планируется создавать целые эскадрильи дронов для обеспечения глобального квантового интернета. В отличие от обычного, такой интернет использует квантовые сигналы вместо радиоволн — на «Футуристе».
Квантовый интернет - что это, как работает? Преимущества. Квантовая сеть
Измерение этих состояний Белла имеет решающее значение для выполнения многих протоколов, необходимых для выполнения квантовой связи и распределения запутанности по квантовой сети. И хотя эти измерения проводились много лет, новый метод представляет собой первый анализатор состояния Белла, разработанный специально для частотного кодирования. Метод квантовой связи использует одиночные фотоны, находящиеся на двух разных частотах одновременно. Из-за своего пространственного разделения они не могут взаимодействовать друг с другом самостоятельно. Если от них направить фотоны по оптическому волокну, а потом измерить состояния Белла в месте встречи частиц, квантовые компьютеры станут связаны. Эта так называемая замена запутанности является критически важной для построения сложных квантовых сетей.
Такие возможности позволяют выполнять критически важные задачи, такие как исправление и очистка ошибок, а также хранение и манипулирование квантовыми состояниями для вычислений. Выполнение исправления ошибок и очистки повышает точность кубитов в сети. Синхронизация и распределение квантовых состояний - в классических сетях эти процессы имеют решающее значение для обеспечения бесперебойной передачи данных. Например, при видеотрансляции на начало 2024 г. В квантовых сетях данные процессы еще более важны из-за хрупкости квантовых состояний, переносимых кубитами. Квантовая память способна выполнять хранение и обработку квантовой информации, что улучшает синхронизацию, детерминированную синхронизацию и операции операционной системы от начала до конца через несколько сетевых узлов вплоть до конечных точек внутри этой сети. Импортонезависимость Квантовые протоколы связи - квантовые протоколы необходимы для реализации надежной квантовой сети. Эти протоколы используют уникальные свойства квантовых состояний, такие как суперпозиция и запутанность, для решения задач связи, которые либо невозможны, либо неэффективны с помощью классических методов. Способность квантовой памяти поддерживать квантовое состояние кубитов имеет решающее значение для различных задач квантовой связи. Современная квантовая сеть на апрель 2024 г. Над проблемой проектирования многоузловой сети также работают исследователи из России , Китая , Италии и Канады.
Речь идет о квантовом интернете, который позволит увеличить мощность. Такая сеть предоставит огромный ресурс для решения многих вычислительных задач, пояснил физик. Он добавил, что квантового интернета пока не существует, так как для его работы требуется специальное «железо» и технологии передачи данных, а также новые телекоммуникации, алгоритмы квантового софта и архитектуры квантовых вычислительных устройств. Если говорить о перспективах, то в ближайшее время можно будет увидеть пределы для масштабирования.
В России уточнили сроки запуска квантового интернета И рассказали про одну из важнейших задач десятилетия Представители Госкорпорации «Росатом» сообщили, что главной задачей с 2025 по 2030 годы станет объединение первых квантовых процессоров в общую сеть и создания на ее базе квантового интернета. Он считает, что научиться объединять квантовые вычислительные устройства, построенные на различных платформах, в единую комплексную систему — это одна из важнейших задач десятилетия, а в долгосрочной перспективе квантовый интернет позволит в десятки и сотни миллионов раз ускорить производительность сегодняшних устройств.