Главной задачей в период с 2025 по 2030 годы станет объединение первых квантовых процессоров в общую сеть и создание на ее базе квантового Интернета. Когда квантовые компьютеры станут широко распространенными, им потребуется надежный квантовый интернет. Благодаря подобным решениям квантовая защита информации через шаг будет доступна для ее встраивания в мобильную связь и интернет вещей. При попытке перехвата данных, происходит изменение квантового состояния фотона и выдается совершенно другой результат.
Квантовый интернет «на районе». Что известно о новом способе создания сетей
Исследователи из Национальной лаборатории Ок-Риджа Министерства энергетики, Freedom Photonics и Университета Пердью добились успехов в направлении квантового Интернета. Доступ к квантовым компьютерам будет обеспечен в режиме 24/7 через обычный браузер. Квантовый интернет потенциально способен работать на огромной скорости, что может сделать прорыв в области передачи данных. Квантовые компьютеры общепринято считаются будущим вычислительной техники. Эти запутанные квантовые состояния очень хрупки, когда принимают форму микроволновых фотонов, из-за чего процесс передачи информации существенно усложняется. «Квантовые технологии и квантовый компьютер»: запись трансляции, видеоитоги.
Эксперимент с участием России доказал: квантовый интернет реален
Впервые ученые создали, сохранили и получили обратно квантовые данные Екатерина Смирнова21 апреля, 13:45 Екатерина Смирнова21 апреля, 13:45 Ученые из Великобритании и Германии сделали важный шаг к созданию «квантового интернета». Им удалось впервые сохранить и извлечь данные с квантовых компьютеров, что станет основой для передачи квантовой информации на большие расстояния. Они разработали устройство, которое одновременно создает и хранит запутанные фотоны, а также выпускает их по запросу. Все это происходит на одной длине волны, которая также совместима с существующей оптоволоконной инфраструктурой. 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.
Чтобы передать запутанность частицы на больших расстояниях в квантовой сети, нужны два устройства: одно для создания запутанных фотонов, а другое для их хранения и возможности последующего извлечения информации о состоянии этих частиц. Уже существует несколько устройств, используемых для создания квантовой информации в виде запутанных фотонов и ее хранения, но генерация этого состояния по требованию и наличие совместимой квантовой памяти для их хранения до этого не создавались. Фотоны имеют определенные длины волн, но устройства для их создания и хранения часто настраиваются на работу с разными длинами. Авторы нового исследования создали систему, в которой оба устройства использовали одну и ту же длину волны. Квантовая точка производила незапутанные фотоны, которые затем передавались в систему квантовой памяти, которая сохраняла их в облаке атомов рубидия. Лазер включал и выключал память, позволяя фотонам сохраняться и высвобождаться по требованию. Длина волны этих двух устройств не только совпадает, но и находится на той же длине волны, что и используемые сегодня телекоммуникационные сети.
Поскольку между узлами нет проводящего материала, квантовый интернет даёт надежную передачу даже в сетевых соединениях с большими потерями, при этом без потери реальных данных. Это работает благодаря квантовому свойству «запутанности». Изменение состояния одной квантовой системы мгновенно изменяет другую далёкую запутанную квантовую систему. По сути, теперь это одна система». Доктор Хэнсон и его команда использовали азотно-вакансионную систему. Это небольшое пустое пространство в синтетическом алмазе, применяемое для захвата электронов. Были созданы три такие системы. Хотя телепортация происходила на расстоянии в несколько десятков метров, учёные надеются увеличить его.
Возможность обмениваться квантовой информацией имеет решающее значение для разработки квантовых сетей для распределенных вычислений и безопасной коммуникации. Квантовые вычисления будут полезны для решения некоторых важных задач, таких как оптимизация финансовых рисков, расшифровка данных, конструирование молекул и изучение свойств материалов. Однако это развитие задерживается, поскольку квантовая информация может быть потеряна при передаче на большие расстояния. Один из способов преодолеть этот барьер - разделить сеть на более мелкие сегменты и связать их все общим квантовым состоянием. Для этого требуется средство для хранения квантовой информации и последующего ее извлечения, то есть устройство квантовой памяти. Оно должно "взаимодействовать" с другим устройством, которое позволяет создавать квантовую информацию в первую очередь. Впервые исследователи создали такую систему, которая объединяет эти два ключевых компонента и использует обычные оптические волокна для передачи квантовых данных. Этот успех был достигнут исследователями из Имперского колледжа Лондона, Университета Саутгемптона и университетов Штутгарта и Вюрцбурга в Германии, а результаты опубликованы в журнале Science Advances. Соавтор исследования доктор Сара Томас Sarah Thomas с физического факультета Имперского колледжа Лондона Imperial College London сказала: "Объединение двух ключевых устройств - важный шаг вперед в создании квантовых сетей, и мы очень рады быть первой командой, которая смогла продемонстрировать это".
Квантовые компьютеры и квантовый интернет изменят нашу жизнь!
На нынешнем этапе развития квантового интернета можно назвать только технологии защиты данных с помощью квантовой криптографии. Это изобретение приближает нас на шаг ближе к созданию квантового интернета, где данные будут передаваться со скоростью человеческой мысли. Сегодня делают квантовые компьютеры, проложили квантовую связь между Москвой и Санкт-Петербургом, и совсем скоро в России заработает квантовый интернет. Квантовые компьютеры общепринято считаются будущим вычислительной техники. Мечта коллектива — создать квантовый процессор, который решает задачи быстрее, чем суперкомпьютер, и пригодится широкому кругу людей. ↑ Квантовый интернет: H.J. Kimble, The Quantum Internet.
В России рассказали про квантовый интернет
Когда квантовые компьютеры станут широко распространенными, им потребуется надежный квантовый интернет. Основное преимущество квантового интернета перед обычным — высокий уровень защищенности. Благодаря подобным решениям квантовая защита информации через шаг будет доступна для ее встраивания в мобильную связь и интернет вещей.
Квантовая передача данных: как обстоят дела на сегодняшний день?
Задачами «Росатома» он видит включение появляющихся квантовых технологий, «еще не умеющих ни ходить, ни говорить», в атомную отрасль и скорейшую их индустриализацию, а также помощь ученым с компонентной базой и оборудованием. На нынешнем этапе развития квантовой отрасли, считает Алексей Лихачев, Россия уже может предложить сотрудничество на равных ученым других стран. 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.
Передача информации от датчиков с помощью квантовой связи поможет дать ответы на сложнейшие вопросы, стоящие перед наукой. Квантовые вычисления Создание квантовой сети позволило бы отдельным квантовым компьютерам, разбросанным по всему миру, объединить свои вычислительные способности и работать как одна машина. Не повышая цену создания новых, более сложных устройств, удалось бы всё равно увеличивать суммарное число кубитов. Конгломерат квантовых компьютеров затем может быть использован, к примеру, для поиска лекарства от рака или анализа цепочек полимеров для создания куда более дешевых и прочных материалов. Квантовая петля в Чикаго Но многие применения квантового интернета, скорее всего, станут очевидными только после того, как эта технология будет реализована. Например, теоретически он позволяет поддерживать идеальную синхронизацию на больших расстояниях. Если это достижимо на практике, то это позволит лучшим хирургам проводить операции в любой точке планеты в режиме реального времени. А лучшие ядерные физики смогут «включаться» на атомные объекты в случае возникновения экстренной ситуации. Еще одним примером могут стать банкоматы.
Иногда, если они выходят из строя, бывает такое, что наличные не выдаются, в то время как банк считает, что операция совершена, и снимает деньги со счета. За счет сопряжения данных квантовый интернет сможет устранить такое несоответствие, и сделать эту и другие финансовые операции более надежными и безопасными. Сколько осталось ждать квантового интернета? Пока что никому не удалось разработать устойчивую квантовую сеть крупных масштабов. Но в пределах нескольких десятков километров уже достигнуты серьезные успехи. Так, весной 2019 года группа из десятков американских ученых назовем её ESnet смогла достичь квантовой запутанности на расстоянии больше 15 километров. Передача состоялась через обычное оптоволокно, а в качестве источников квантового сигнала использовались связанные фотоны. При передаче им пришлось столкнуться с декогеренцией: запутанные фотоны, взаимодействуя с окружающей средой, возвращаются в своё классическое состояние. Это происходит уже на расстоянии в несколько километров. Чтобы принять сигнал без помех, ученые разработали несколько квантовых усилителей, «портативных источников запутывания», и установили их по пути следования сигнала.
С тех пор эксперимент расширился, и сейчас дистанция передачи сигнала составляет порядка 120 километров. Правда, из-за необходимости в усилителях канал получается крайне дорогим и сложным в масштабировании. Никакой полезной информации, кроме направления спина частиц, через систему также телепортировать не удалось. В начале 2020-го ученые из Чикагского университета запустили постоянную 90-километровую квантовую петлю — из оптоволоконных кабелей, проложенных под пригородами Чикаго. Их сеть продемонстрировала все базовые функции, требуемые для квантового интернета, и могла бы использоваться для передачи квантовых ключей. При этом импульсы передавались с задержкой всего 200 мс. Такая сеть могла бы поддерживать достаточно большое число абонентов — её бы вполне хватило, чтобы объединить все несколько десятков существующих сегодня квантовых компьютеров. Спустя два года к этой сети добавили ещё одно ответвление на 60 километров. Что делает её на текущий момент самой длинной в мире. Она состоит из шести узлов и 150 км оптического волокна, которое переносит квантово-кодированную информацию от университета Чикаго до штаб-квартиры CQE Chicago Quantum Exchange, интеллектуального хаба специалистов по квантовым системам и дальше к зданиям Аргонской национальной лаборатории Минэнергетики США.
По пути следования этой «квантовой локальной сети» тестируются сотни различных устройств, которые должны принимать, отправлять, шифровать или усиливать сигнал. По сути, это уже готовый квантовый интернет, только пока что чересчур дорогой и не до конца протестированный. Если масштабировать технологию CQE на весь мир, и установить десятки тысяч излучателей и приемников квантового сигнала в данном случае — связанных фотонов , им уже можно было бы пользоваться для отправки самых важных сообщений. Правда, надежность защиты информации пока еще не протестирована, и взломать данные с помощью квантовых компьютеров пока что тоже еще никто не пытался еще не создан компьютер с алгоритмом, способным решать какие-либо задачи, кроме физических и математических. Пока что польза от всей чикагской Сети только теоретическая. Правительство США рассчитывает взять её как основу для создания более крупных государственных сетей — например, для передачи данных от Пентагона, которые никто и никогда не смог бы перехватить. В Европе есть аналогичные проекты. Так, в феврале 2023 года группе физиков из Франции, Австрии и Швейцарии под руководством Бенджамина Ланьона удалось передать запутанность двух ионов на дистанцию в 230 метров. А уже в мае та же команда впервые сумела с помощью квантов передать информацию по оптоволоконному кабелю на расстояние 50 километров. Их квантовый узел-ретранслятор отправлял группы запутанных фотонов, записывая данные в их спинах, и, считывая эти направления, собирал нули и единицы на обратной стороне.
Это была одна из первых передач реальных данных через квантовую сеть. Правда, эти нули и единицы ничего на практике не означали, но это уже были настоящие биты, которые можно использовать в реальном мире. Теперь цель ученых — увеличить дистанцию, на которой может работать их интернет. Идея-максимум — охватить такой сетью всю Европу. Проект объединяет десятки университетов, компаний и исследовательских центров в Германии, Франции, Италии, Швейцарии, Австрии, Венгрии и других городах. К этому времени Ланьон хочет как минимум усовершенствовать дизайн и передать информацию на 800 километров, связав Инсбрук и Вену постоянным квантовым каналом, по которому будут передаваться полезные данные. Это должно доказать ЕС перспективность проекта и обеспечить дальнейшее финансирование. Если всё пойдет удачно, то полная квантовая сеть, покрывающая основные научные центры Европы, должна быть готова к 2040-му году. Ученые тут же хотят умерить ожидания публики. Стефани Венер, профессор квантовой информации из Нидерландов и координатор проекта QIA, говорит : Наша технология рассчитана не для замены обычного интернета, а для совместного существования с ним.
Она не улучшит вам просмотр YouTube или Netflix, это создается для других целей. А в итоге стали достоянием всего человечества и изменили мир. Какой потенциал будет у новой технологии, пока говорить рано. Из последнего — в декабре 2023 года ученые из ЮАР, Испании и Германии, используя всего два связанных фотона, телепортировали через квантовую сеть информацию , достаточную для создания изображений.
Исследователи разработали сверхчувствительные фотонные сенсоры для реализации квантовой телепортации и фиксации точности результатов. Они использовали высокопроизводительные однофотонные детекторы из сверхпроводящих нанопроволок, которые обладают нужной эффективностью и отличаются практически полным отсутствием шума. Инженеры применили томографию квантового состояния и метод состояния «приманки» для расчета точности телепортации. Хотя в лабораторных условиях достигалась телепортация и на большее расстояние, отмечают авторы исследования, это первая демонстрация высокоскоростной телепортации за пределами лаборатории. Демонстрация высокоскоростной квантовой телепортации за пределами лаборатории связана с целым рядом проблем.
В отличие от классических ключей, устойчивость которых относительна любой ключ может быть вскрыт при условии достаточного времени и приложенных вычислительных мощностей, просто обычно эти условия делают взлом нерациональным , квантовые ключи защищены законами физики. В основе концепции квантовой кибербезопасности так называемой идеи квантового распределения ключей QKD лежит процесс связи между двумя сторонами, при котором отправитель шифрует традиционные данные, кодируя их в кубиты, и передает их получателю, который затем применяет свойства кубитов для декодирования информации. При этом легко определить, были ли данные скомпрометированы, поскольку прерывание процесса третьей стороной приводит к коллапсу кубитов. Попытка доступа к значению кубита — это квантовый «акт наблюдателя», который нарушает его суперпозицию. Кубит изменит свое состояние, что станет сигналом взлома данных. Несмотря на то, что квантовые вычисления в самом начале пути, квантовое шифрование уже работает — первый QKD банковский перевод был сделан еще в 2004 году. Теоретически эта технология может быть использована для отправки сообщений в чисто квантовой форме, но до этого еще далеко. Однако возможность создать парк принципиально невзламываемых ключей для шифрования классического информационного пакета саму по себе невозможно переоценить. Вторая перспективная возможность для квантовых сетей — использование «квантовой запутанности». Два кубита могут быть синхронизированы «запутаны» , и их состояние будет взаимно изменяться вне зависимости от разделяющего их расстояния без затраты времени на взаимодействие, то есть моментально. В некотором смысле они являются одним кубитом, поэтому ограничение скорости передачи скоростью света на них не распространяется. Более того, между ними может не быть никакой физической линии связи. Это звучит как магия, но это физика. Теоретически это позволяет создать квантовые сети моментального действия, работающие без физических задержек сигнала. Они востребованы, например, для синхронизации радиотелескопов, что дало бы более четкую картинку астрономам; для синхронизации атомных часов спутников геолокации и детекторов гравитационных волн, а также для многих других задач. Снижение лагов в онлайн-играх в их число пока не входит, но кто знает?
Подписка на дайджест
- В России уточнили сроки запуска квантового интернета
- Сверхбезопасный квантовый Интернет уже близко - новости на
- Ученые из Америки создадут интернет на основе квантовой физики
- Учёные добились прорыва в телепортации данных с помощью «квантового интернета»
Эксперимент с участием России доказал: квантовый интернет реален
Получается распределенный генератор случайных чисел. Отличительной особенностью этого аппаратно-программного комплекса является гибкость конфигурации, что выгодно отличает его от аналогов. Модульность позволяет модифицировать оптические схемы, варьировать электронные компоненты, исследовать перспективные протоколы, а также разрабатывать интерфейсы для интеграции квантовых коммуникаций в другие информационные системы. Как отмечают разработчики, в будущем этот узел квантовой сети станет основой для создания поколения демонстрационных квантовых компьютеров для решения образовательных и научных задач на основе оптики.
Квантовое шифрование исключает такую возможность на уровне физики, и это парадокс не хуже кота Шредингера. Как он будет разрешен — пока непонятно. Квантовые перспективы У квантовых сетей есть преимущество перед квантовыми компьютерами.
Их можно создавать шаг за шагом, добавляя квантовые функции к обычным сетям. В ближайшем будущем квантовый интернет будет не отдельной сетевой структурой, а дополнительным функционалом поверх существующего. Пользователи будут большую часть времени работать с обычной сетью с обычного компьютера, а подключаться к квантовой только для конкретных задач например, финансовых операций. В настоящее время многие производители разрабатывают чипы, которые могут позволить классическому компьютеру подключаться к квантовой сети. Основная проблема — дефицит подходящей инфраструктуры, в том числе современных оптоволоконных кабелей. По оценке ученых, это задержит распространение квантового интернета примерно на десятилетие, а подключение пользователей в крупных городах займет еще пять-десять лет.
Тем не менее, на сегодня имеются вполне значительные практические наработки в области квантовых сетей. Китай добился прогресса в области применения квантового распределения ключей QKD на расстоянии 745 миль — лучший на сегодняшний день результат. В России начала работу первая линия квантовой связи. Она имеет протяженность 700 км, что делает ее самой крупной в Европе. Строительство вели РЖД на базе собственных оптоволоконных сетей, и к 2024 году протяженность линий квантовой связи возрастет до 7000 км. ЕС учредил для разработки стратегии квантового интернета Quantum Internet Alliance и достиг запутанности на расстоянии 31 мили.
Министерство обороны США разработало запутывание 52-мильной «квантовой петли», которая, по прогнозам, будет масштабирована до 80-мильной.
Дроны легко перемещаются, их запуск быстр и дешев, поэтому в будущем планируется создавать целые эскадрильи дронов для обеспечения глобального квантового интернета. Такого рода интернет уже работает в Китае в виде квантовых сетей с оптоволоконными кабелями. Также планируется передавать "запутанные" фотоны с помощью квантового спутника.
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. Так что, если все действительно будет так, то уже на рубеже следующего десятилетия нас ожидает совершенно новый опыт использования сети интернет.
VK будет развивать квантовые вычисления на своей облачной платформе
Этот эксперимент показывает, как эти проблемы можно преодолеть, и, следовательно, он устанавливает важную веху на пути к будущему квантового интернета. Физик Алексей Федоров считает, что ключевую роль в распространении квантовых технологий должен сыграть квантовый интернет. Квантовый интернет потенциально способен работать на огромной скорости, что может сделать прорыв в области передачи данных. Когда квантовые компьютеры станут широко распространенными, им потребуется надежный квантовый интернет. С использованием свойств квантовой физики, квантовый Интернет обещает революцию в области вычислений и связи. Концепция квантового интернета, предполагающая реализацию наиболее передовых информационных технологий, в настоящее время находится на уровне отработки прототипов.
Ученые нашли фотонную связь, позволяющую создать кремниевый квантовый интернет
Учёные стали на шаг ближе к квантовому интернету. Исследователи из Национальной лаборатории Ок-Риджа Министерства энергетики, Freedom Photonics и Университета Пердью добились успехов в направлении квантового Интернета. Этот эксперимент показывает, как эти проблемы можно преодолеть, и, следовательно, он устанавливает важную веху на пути к будущему квантового интернета.
Физик РАН рассказал об интернете будущего
Какие задачи можно будет решать и сколько это будет стоить? Через эту платформу предполагается обеспечивать доступ к разным квантовым компьютерам. Также квантовые алгоритмы могут быть полезны для создания новых моделей машинного обучения, которые открывают очень обширные возможности для решения многих проблем, которые стоят перед человеком. Любой заинтересованный пользователь в начале своего пути знакомства с квантовым компьютером сможет реализовать первый квантовый алгоритм по разработанным нашей командой туториалам, то есть, например, реализовать алгоритм поиска по неупорядоченной базе данных или алгоритм разложения чисел на простые множители», — рассказали эксперты.
Стратегическое партнерство с VK — это возможность сделать наши разработки на шаг ближе к конечному потребителю. Уже сейчас мы видим интерес к квантовым алгоритмам не только со стороны университетов и исследовательских центров, но и крупного бизнеса», — отметил Алексей Федоров, руководитель научной группы «Квантовые информационные технологии» Российского квантового центра. Облачная платформа, как уже показали тесты, стабильно выдерживает нагрузку и позволяет быстро масштабироваться в зависимости от требований к числу кубит, — комментирует Павел Гонтарев, управляющий директор VK Tech. В облаке эти задачи уже решены за счет отказоустойчивых высокодоступных сервисов, инструментов и мер безопасности, а также публичного облачного API, с которым могут работать пользователи».
Потенциальные потребители — банки, сотовые операторы и крупные компании Заместитель председателя правительства РФ Дмитрий Чернышенко сообщил, что планируется строительство новых участков квантовой сети протяжённостью более 1400 км. Он упомянул об этом на совещании премьер-министра Михаила Мишустина с вице-премьерами. По словам Чернышенко, уже создан пилотный участок магистральной квантовой сети Москва — Санкт-Петербург и сегмент Москва — Нижний Новгород, общая протяжённость квантовой сети в России сейчас составляет 1147 км.
Так что, если все действительно будет так, то уже на рубеже следующего десятилетия нас ожидает совершенно новый опыт использования сети интернет.