Любопытно, что все последствия квантового Интернета можно проследить до эксперимента, настолько простого, что вы можете провести его в своей гостиной. Технологии будущего: квантовая связь и квантовый интернет слушать онлайн на Яндекс Музыке. Открытие квантовой памяти при комнатной температуре приблизило человечество к интернету нового поколения. Первые стандарты в области квантовых коммуникаций и квантового интернета вещей, которые открывают серию национальных стандартов в области квантовых технологий, |.
Лучшие друзья интернета: как алмазы помогут создать квантовую сеть будущего
| Ученые впервые организовали онлайн-доступ к отечественному квантовому компьютеру | Главной задачей в период с 2025 по 2030 годы станет объединение первых квантовых процессоров в общую сеть и создание на ее базе квантового Интернета. |
| Квантовую телепортацию осуществили на рекордное для городской сети связи расстояние | Сегодня делают квантовые компьютеры, проложили квантовую связь между Москвой и Санкт-Петербургом, и совсем скоро в России заработает квантовый интернет. |
| Австралийцы создали прототип «квантового интернета» | Но самое главное: создатели машины также подключили её к интернету. То есть столь мощный квантовый компьютер впервые стал доступен для общественности. |
| Квантовый интернет «на районе». Что известно о новом способе создания сетей - Hi-Tech | Ледингем добавил, что этот прорыв может стать началом новой эры в квантовых технологиях, поскольку он предоставляет основу для будущего квантового интернета. |
| Научная Россия/Взгляд в будущее: квантовый интернет | Показанный узел станет основой для создания демонстрационных квантовых компьютеров и прототипирования устройств квантового интернета. |
Квантовая защита: как работает сеть связи, которую невозможно прослушать
В 2021 году учёные представили первый четырёхкубитовый прототип, а через год мощность отечественного квантового ПК была увеличена до пяти кубитов. Параллельно с созданием компьютера велась разработка прикладного программного обеспечения для работы с квантовыми вычислениями. В конце марта 2023 года был представлен облачный интерфейс.
В ходе презентации ученые удаленно запускали вычисление на компьютере ряда важных квантовых алгоритмов — в частности, поиск значения по неупорядоченной базе данных с помощью алгоритма Гровера, а также поиск n-битного числа по принципу Бернштейна-Вазирани.
Следующим этапом станет запуск вариационных квантовых алгоритмов, которые могут помочь в решении прикладных задач с помощью квантовых компьютеров.
В этом нам помогает фундаментальный аспект квантовой механики: процесс измерения квантовой системы нарушает её. Третья сторона, пытающаяся получить ключ, должна измерить передаваемые по каналу связи квантовые состояния, что ведет к их изменению и появлению аномалии, которые можно засечь и изменить канал связи. Общий принцип квантовой связи — передавать зашифрованные сообщения по небезопасному каналу.
Но этот процесс сложно масштабировать. Представьте, что вы хотите добавить в сеть еще одного пользователя, Чарли. Один из вариантов заключается в том, чтобы Боб и Чарли установили безопасную связь. Тогда Алиса может послать сообщение Чарли через Боба, но тогда она должна доверять Бобу. Чтобы избежать необходимости доверять Бобу, Чарли может подключиться непосредственно к Алисе и Бобу.
Теперь эти двое будут нуждаться в дополнительном оборудовании для связи с Чарли, потому что новый узел не может быть добавлен без нарушения существующих узлов. А теперь представьте, что «абонентов» больше. Так, если двухузловая сеть имеет одно звено, а трехузловая сеть три, то восьмиузловая сеть имеет уже 28 звеньев, а 100-узловая сеть нуждается в 4950 звеньях. Очевидно, масштабировать такую сеть на 7 миллиардов жителей Земли невозможно чисто технически. Джоши и его коллеги использовали другой протокол QKD, который включает в себя совместное использование запутанных частиц между любыми двумя узлами, что позволило разработать новый тип сети, которая преодолевает многие из вышеописанных проблем.
Однако для выполнения такой операции алмаз должен быть «несовершенным», а именно два атома углерода должны быть заменены одним атомом кремния. Мы же заменили в кристаллической решётке минерала два атома углерода одним атомом кремния, что сделало алмазы пригодными для хранения и передачи информации по квантовой сети», — сообщила автор исследования Натали де Леон. Получившиеся алмазы позволят передавать данные с помощью фотонов, а также хранить их с помощью электронов. В результате квантовые компьютеры смогут эффективно и быстро решать самые сложные математические и физические задачи, а также передавать информацию по скоростной сети интернет. Также по теме Продукт «передовых идей»: какие задачи будет решать новый российский суперкомпьютер В подмосковной Дубне заработал новый суперкомпьютер — третий по мощности в России. Лаборатория информационных технологий Объединённого...
Важно, что в алмазную решётку могут встраиваться атомы кремния, образуя «дефекты» — особые центры, потенциально пригодные для создания устройств, подчиняющихся законам квантовой физики», — подытожил Акимов. По словам учёного, ранее для создания полноценных квантовых компьютеров не хватало понимания природы некоторых физических явлений.
Научная Россия/Взгляд в будущее: квантовый интернет
Любопытно, что пользователей может соединять всего один канал, но каждый из них при этом может передать информацию каждому. Метод, предложенный учеными, основан на простой двучастичной запутанности между частотными модами сигнала. Такой подход позволяет квадратично сократить количество используемых каналов связи, что очень важно для масштабируемости квантовой коммуникации. Более того, в то время как пользователей соединяет всего один канал, каждый может передать секретную информацию каждому, то есть топология логической связи, несмотря на простую физическую имплементацию, — это полный граф [2]. Япония начала работу над созданием глобальной квантовой криптосети Япония начала работу над глобальным сервисом квантового распределения ключей.
В рамках проекта до 2024 года планируется построить сеть, включающую более 100 квантовых криптографических устройств и 10000 пользователей по всему миру. Об этом стало известно 29 июля 2020 года. Также будут разработаны четыре технологии: Технология квантовой связи Quantum Communications Link Technology , реализующая высокоскоростное, магистральное, высокодоступное соединение в квантовых криптографических сетях связи ; Технология доверенных узлов Trusted Node Technology , обеспечивающая надежность и защиту от взлома систем управления криптографическими ключами, а также повышающая конфиденциальность, целостность и доступность квантовых криптографических коммуникаций; Технология квантового реле Quantum Relay Technology , расширяющая расстояния и защищающая реле криптографических ключей на земле; Технология построения и эксплуатации глобальных сетей, управляющая и контролирующая глобальные и крупномасштабные квантовые криптографические сети связи. Квантовое шифрование видит ключи зашифрованными в квантовом состоянии частицы, зачастую запутанного фотона.
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.
Такой подход позволяет нарастить мощность квантовых компьютеров за счет соединения в квантовые сети — без снижения уровня контроля в каждом из них. Квантовый компьютер необходим для решения задач в области криптографии, квантовой химии, оптимизации финансового моделирования, обучения искусственного интеллекта, с которыми привычные для нас классические компьютеры и даже суперкомпьютеры не справляются. С помощью квантовых алгоритмов можно рассчитывать параметры сложных молекул, лекарств, новейших материалов — например, для авиастроения. Если для решения начальных задач достаточно сотен и тысяч кубитов, то для демонстрации значительного преимущества квантовых устройств нужны сотни тысяч, миллионы. Также требуется высокая точность квантовых операций.
Поэтому основная проблема — масштабировать квантовые вычисления, не потеряв качество контроля над кубитами.
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.
Чтобы передавать запутанность на большие расстояния по квантовой сети, вам нужны два устройства: одно для создания запутанных фотонов, а другое для их хранения и последующего извлечения.
Существует несколько устройств, используемых для создания квантовой информации в виде запутанных фотонов и для ее хранения, но как генерация этих фотонов по запросу, так и наличие совместимой квантовой памяти для их хранения долгое время ускользали от внимания исследователей. Фотоны имеют определенные длины волн которые в видимом свете создают разные цвета , но устройства для их создания и хранения часто настроены на работу с разными длинами волн, что предотвращает их взаимодействие. Чтобы обеспечить взаимодействие устройств, команда создала систему, в которой оба устройства использовали одну и ту же длину волны. Лазер "включал" и "выключал" память, позволяя сохранять и высвобождать фотоны по требованию.
Длина волны этих двух устройств не только совпала, но и соответствует длине волны используемых сегодня телекоммуникационных сетей, что позволяет передавать данные по обычным волоконно—оптическим кабелям, привычным для повседневного подключения к Интернету. Источник света с квантовыми точками был создан исследователями из Университета Штутгарта при поддержке Университета Вюрцбурга, а затем доставлен в Великобританию для взаимодействия с устройством квантовой памяти, созданным командой Imperial и Саутгемптона. Система была собрана в подвальной лаборатории Имперского колледжа Лондона. Хотя были созданы независимые квантовые точки и квантовая память, которые более эффективны, чем новая система, это первое доказательство того, что устройства могут взаимодействовать на телекоммуникационных длинах волн.
«Квантовый интернет» планируют создать в России к 2030 году
Доступ к квантовым компьютерам будет обеспечен в режиме 24/7 через обычный браузер. Главной задачей в период с 2025 по 2030 годы станет объединение первых квантовых процессоров в общую сеть и создание на ее базе квантового интернета. Исследователям удалось запустить ключевые квантовые алгоритмы, в режиме реального времени, подключившись с классического ПК. "Росатом" сообщил, что планирует к 2030 создать "квантовый интернет" на основе квантовых компьютеров. Ректор МГУ Виктор Садовничий рассказал президенту Владимиру Путину о создании межуниверситетской квантовой сети. Главной задачей в период с 2025 по 2030 годы станет объединение первых квантовых процессоров в общую сеть и создание на ее базе квантового Интернета.
Ученые нашли фотонную связь, позволяющую создать кремниевый квантовый интернет
Двоичный бит —логический тип данных, 0 или 1. Кубит может иметь оба значения одновременно. Это позволяет ему хранить в себе больше информации. Один кубит может хранить два значения, два кубита четыре значения, три кубита восемь значений, четыре кубита шестнадцать значений и т. С ростом числа кубитов экспоненциально увеличивается объём хранимой в них информации. Физики телепортировали данные между тремя узлами, тогда как прежде могли сделать это только между двумя. В результате телепортация кубитов может происходить между несколькими местами. Исследователь из Института экспериментальной физики Университета Инсбрука Трейси Элеонора Нортап: «Квантовый компьютер может решать задачи и не иметь доступа к персональным данным.
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.
Измерение каждого из значений сопровождается своей вероятностью. Как и современные обычные ЭВМ с битами. Но поскольку до момента измерения вся связанная система находится в суперпозиции всех состояний одновременно, она может работать в миллионы, а то и в триллионы раз быстрее классической. Во время измерения волновая функция просто коллапсирует до нужного состояния, как до единственно верного. Сложности вычислений путем перебора для квантового компьютера с достаточным количеством кубитов просто не существует. Поэтому любая защита данных, реализованная с помощью обычных компьютеров, перестанет работать Пароль любой длины и любой сложности будет подобран за микросекунду — как только появится квантовый компьютер с достаточным количеством кубитов, чтобы выдать строку нужной длины.. Если в руках у злоумышленника появится такой инструмент, он сможет получить даже доступ ко всем ядерным объектам и электростанциям. Получается, безопасная передача важной информации в Сети может быть реализована только за счет тех же кубитов. Поскольку они находятся в суперпозиции до момента их измерения, как только злоумышленник попытается получить данные — всем будет ясно, что что-то не так. Можно настроить систему так, чтобы она не принимала заранее измеренные данные, помечая их как украденные. И только когда ей придет полноценный квантовый фрагмент информации — будет ясно, что эти данные идут от источника, и никто другой их не трогал. Обхитрить квантовую передачу данных не получится даже у злоумышленника с квантовым компьютером. А поскольку таких компьютеров в мире уже десятки , и у последних из них уже больше тысячи кубитов , вопросы квантовой защиты информации становятся всё более острыми. Что такое квантовый интернет? Пока что квантовый интернет выглядит так Квантовый интернет — это сеть квантовых компьютеров или, точнее, квантовых дата-центров , которые будут вычислять, получать, а главное — пересылать данные, закодированные в виде квантовых состояний. Он не заменит наш текущий интернет, но станет его дополнением, позволяя быть уверенными в сохранности самой важной информации. Главная задача такого интернета — квантовая криптография. Но будут также и другие бонусы: более высокая скорость передачи данных, возможность вести квантовые вычисления в облаке и способность разных групп ученых по всему миру проводить сложные научные работы, от поиска параметров черных дыр до нахождения новых частиц и комбинаций молекул. Их данные могут телепортироваться без необходимости сначала быть обработанными и измеренными. Хотя свойства и возможности квантового интернета еще не до конца известны, многие его составляющие уже были обоснованы теоретически, а некоторые, такие как квантовое распределение ключей, уже даже созданы на практике. Пока неясно, когда удастся развернуть полномасштабный глобальный квантовый интернет, но исследователи считают, что государственные квантовые сети для обмена самой важной информацией будут реализованы в США уже в ближайшие 10-15 лет. Над этим работают несколько организаций, в основном базирующихся в Чикаго. Этот город а также китайский Хэфэй обещает стать ключевым при разработке сетей нового поколения. Можно ожидать, что в будущем мы станем слышать о нём все чаще. Тем не менее вряд ли даже в отдаленном будущем у обычных пользователей появятся персональные квантовые компьютеры. На ПКК нет смысла сидеть в интернете или играть в игры. Вместо этого они будут размещены в университетах, крупных компаниях и дата-центрах, где к ним можно будет получить доступ через облачный сервис, и использоваться отчасти также, как сейчас суперкомпьютеры Google: для проведения передовых исследований, развития науки, хранения и обмена важными данными. Квантовые компьютеры лучше всего подходят под исследования явлений из реального мира — сложных систем со многими составляющими. Взаимодействие атомов и молекул, поведение фотонов, кварков и глюонов. А квантовый интернет позволит обмениваться этой информацией, не преобразуя её в простые нули и единицы, в результате чего неизбежно теряется часть данных. Как работает квантовый интернет? Ключевое понятие квантовой физики — «запутанность». Если две частицы запутаны связаны, спутаны, entangled друг с другом, то независимо от того, как далеко они находятся одна от другой, они будут иметь схожие характеристики — например, одинаковый «спин», то есть направление вращения частиц. Причины появления «запутанности» частиц называются разные, но проще всего посчитать, что поведение этих частиц, связанных друг с другом, описывается одной и той же волновой функцией. Просто до их измерения мы не знаем, какой. Состояние запутанных частиц неизвестно до момента их наблюдения. Известно только, что оно одинаковое. Когда находят параметры одной из частиц, становятся известны и характеристики второй частицы. Этот простой физический факт позволит интернету будущего стать безопасным даже от взлома квантовыми компьютерами. Hidden text Передача квантовых данных о частицах всё еще осуществляется по сетям, всё еще со скоростью света по классическому каналу связи. Но называется « квантовой телепортацией » — потому что так условились ученые еще с 1993 года. В скором времени, в связи с развитием интернета нового поколения, в онлайн-изданиях станет появляться всё больше новостей о телепортации. Но стоит помнить, что это просто передача квантового состояния частицы через обычную сеть что, правда, тоже сделать очень непросто — ведь это состояние частиц нужно сначала превратить в нули и единицы, а потом «собрать» назад, ничего не потеряв и не изменив. Обычные компьютеры передают информацию с помощью битов, и к получателю по очереди приходит либо 0, либо 1, из которых тот выстраивает нужную информацию. Кубиты вместо этого телепортируют данные через свои квантовые состояния. Спин, угловой момент вращения элементарных частиц, — самый простой вариант из таких состояний. Но даже в нём можно закодировать немало данных. Если рассматривать направление вращения как маленькую стрелку компаса, направленную либо вниз, либо вверх, можно кодировать в нём информацию, руководя этой иглой. Правда, в данном случае данные записываются не в виде четких значений, а в виде комбинаций из возможных состояний. Исследователи уже научились это делать — записывать информацию в состояниях фотонов или электронов, а потом телепортировать эти данные через интернет и извлекать их. Пока что дистанции не впечатляют, чаще всего составляя несколько десятков километров. Но направление движения понятно. Дистанции увеличатся, и технология станет доступна большинству из тех, кому она нужна.
Алмаз для хранения и передачи информации на квантовом компьютере «Алмазные» кубиты Информация в обычных компьютерах хранится и передаётся в виде набора нулей и единиц — так называемых битов. Иной способ предлагает квантовый компьютер. В нём информация содержится и передаётся в кубитах — комбинациях битов, помноженных на комплексные числа. Это позволяет значительно расширить объём информации, которым способно оперировать устройство, подчиняющееся законам квантовой физики. Квантовые системы могут молниеносно решать практически любые поставленные перед ними задачи и передавать гигантские объёмы информации. В течение последних нескольких лет учёные ищут эффективные способы хранения и передачи информации на большие расстояния с помощью квантовых сетей. В привычной нам сотовой связи для передачи данных применяются ретрансляторы — специальные устройства, усиливающие сигналы. Однако, чтобы создать квантовые ретрансляторы, учёным было необходимо подобрать главный «компонент», который бы хранил и передавал кубиты.
Ученые разработали материал для создания жилых зон на Марсе
- Интернет будущего уже близко: физики построили сверхбезопасную квантовую сеть городского масштаба
- Как будет развиваться квантовый интернет : Наука :
- Квантовый интернет «на районе». Что известно о новом способе создания сетей - Hi-Tech
- Читать новость "В США разрабатывают практически невзламываемый квантовый интернет". Портал ПЛАС
Квантовая футурология
На ее основе планируется создание «квантового интернета». Международная группа ученых из Великобритании и Германии добилась прорыва в работе над созданием квантовых информационных сетей, которые в будущем могут прийти на смену. Этот эксперимент показывает, как эти проблемы можно преодолеть, и, следовательно, он устанавливает важную веху на пути к будущему квантового интернета. То есть столь мощный квантовый компьютер впервые стал доступен для общественности. Другие новости.
Российский квантовый центр и VK будут развивать квантовые вычисления в облаке
Поэтому американские учёные сосредоточены на исследованиях в области разработки квантовой памяти и квантовых ретрансляторов, которые потребуются для квантового интернета. Квантовая память необходима для хранения квантового состояния кубита и обмена этим состоянием с другим фотоном посредством телепортации. Квантовые ретрансляторы нужны для усиления фотонов и продвижения их по линии передачи до того, как они успеют деградировать. Азия Оглядываясь на США, Япония пересматривает свою национальную стратегию в области квантовых технологий. Новая стратегия будет заключаться в развитии этой отрасли через поддержку квантовых стартапов. Японские компании уже преуспели в использовании квантовой криптографии для высокозащищенной передачи данных.
Но квантовое шифрование требует дорогостоящего специализированного оборудования, что стало препятствием для его более широкого внедрения. Помимо поддержки исследований и разработок, правительство рассмотрит возможность предоставления налоговых льгот, чтобы помочь развитию рынка. Япония будет стремиться перейти к внутреннему производству оборудования для квантового шифрования, такого как детекторы фотонов, которые она пока закупает за рубежом.
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. А также будет использоваться для прототипирования устройств квантового интернета: следующего поколения квантовых технологий, которые позволят использовать и соединять удаленные квантовые компьютеры в общую сеть. Фактически, к представленному узлу в будущем смогут подключаться другие вычислительные устройства — прообраз квантового интернета — и сенсорные системы для «квантового интернета вещей». В частности, в этом направлении работает лаборатория «Сверхпроводящие метаматериалы» НИТУ «МИСиС», в которой создаются прототипы квантовых процессоров и микроволновые интерфейсы для их соединения в квантовую сеть.
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. Они использовали один кусок волновода из периодически поляризованного ниобата лития с косичками для генерации запутанных пар фотонов. На его основе инженеры разработали высококачественный квантово-запутанный источник света с частотой повторения 500 МГц.
В основе такой системы не лежит бинарная логика, как у традиционных компьютеров — минимальная единица информации может хранить больше двух состояний. Квантовые компьютеры пока маломощны и неточны, но они могут дать начало совершенно новым принципам вычислений "Разработанный программно-аппаратный комплекс уникален для России — это единственный процессор с настроенным облачным интерфейсом, который способен оперировать кудитным регистром. Результат проекта представляет высокий научный потенциал для развития российской отрасли квантовых вычислений", — прокомментировал нововведение генеральный директор Фонда НТИ Вадим Медведев.
В 2022 году Росатом представит проект «дорожной карты» по созданию квантового Интернета
| Российские ученые показали узел квантового интернета | Пикабу | Инженерам необходимо сделать так, чтобы квантовый Интернет позволял обрабатывать разные типы данных при помощи популярных устройств. |
| Квантовые компьютеры и квантовый интернет изменят нашу жизнь! | Исследователи из Национальной лаборатории Ок-Риджа Министерства энергетики, Freedom Photonics и Университета Пердью добились успехов в направлении квантового Интернета. |
| Квантовая сеть — Википедия | Квантовый интернет — это технология передачи данных, использующая квантовую запутанность, благодаря которой информация может быть передана мгновенно и абсолютно. |
| НТИ: первые стандарты квантовых коммуникаций и интернета вещей утвердили в России | Квантовый интернет — это технология передачи данных, использующая квантовую запутанность, благодаря которой информация может быть передана мгновенно и абсолютно. |
Ученые нашли фотонную связь, позволяющую создать кремниевый квантовый интернет
С помощью квантовых алгоритмов можно рассчитывать параметры сложных молекул, лекарств, новейших материалов — например, для авиастроения. Если для решения начальных задач достаточно сотен и тысяч кубитов, то для демонстрации значительного преимущества квантовых устройств нужны сотни тысяч, миллионы. Также требуется высокая точность квантовых операций. Поэтому основная проблема — масштабировать квантовые вычисления, не потеряв качество контроля над кубитами. Один из вариантов — объединить квантовые процессоры промежуточного масштаба в сеть. При такой конфигурации процессор будет состоять из нескольких "квантовых хабов", связанных квантовыми коммуникациями, основанными на передаче квантовых состояний.
Телескопы, изучающие космос, могли бы использовать такой интернет для создания запутанности между своими датчиками, что позволило бы получить гораздо более точное изображение неба. Черные дыры, исследования кварков и ионов, гравитационные волны. 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.
Таким образом, даже несмотря на то, что узлы физически напрямую не связаны, протокол, разработанный исследователями, устанавливает виртуальную связь между каждой парой из них с помощью магии квантовой запутанности, благодаря которой каждая пара узлов может создать свой закрытый ключ. Центральный источник имеет так называемый нелинейный кристалл, который испускает пары фотонов, запутанных в своей поляризации. Говоря простым языком, эти фотоны имеют длину волны в 1550 нанометров, плюс-минус несколько десятков нанометров. Этот разброс позволяет создать 16 каналов, пронумерованных от 1 до 8 с одной стороны и от -1 до -8 с другой так как по закону сохранения энергии если у нас есть фотон с длиной волны 1560 нм, то у него должен быть запутанный партнер с длиной волны 1540 нм, что и дает нам «положительные» и «отрицательные» каналы. Затем эти каналы объединяются или мультиплексируются в одном оптическом волокне и отправляются каждому узлу. При этом каждый узел может работать со своей комбинацией каналов. Например, Алиса получила каналы 2, 6, 7 и 8; Дэйв получил -6, -4, -3 и 1; Гопи получил -8, 5, 4 и -2. Распределение каналов создается таким образом, чтобы каждые два узла имели хотя бы один общий канал с запутанными фотонами. В приведенной выше схеме Алиса и Дэйв совместно используют каналы 6 и -6; Алиса и Гопи используют каналы 2 и -2, а также 8 и -8; Дэйв и Гопи делят -4 и 4. А дальше все просто. Например, централизованный источник посылает запутанные фотоны по каналу 2 и -2. Поймать их могут, очевидно, только Алиса и Гопи, после чего они могут проводить измерения, разрушая тем самым квантовую запутанность и на основе этого создавая свой квантовый ключ, который, при этом, не будет известен центральному источнику и никакому из других узлов. Безопасное масштабирование Добавить новый узел в такую сеть просто: подключите его к центральному источнику, которому нужно только изменить свою схему разделения и мультиплексирования каналов.
В новом эксперименте американские учёные из Принстонского университета США показали, что алмазы могут стать главной составляющей квантовых ретрансляторов. По квантовым законам Изучив кристаллическую решётку алмаза, американские специалисты пришли к выводу, что именно в твердотельном материале кубиты можно перенести с фотонов на более «послушные» электроны. Однако для выполнения такой операции алмаз должен быть «несовершенным», а именно два атома углерода должны быть заменены одним атомом кремния. Мы же заменили в кристаллической решётке минерала два атома углерода одним атомом кремния, что сделало алмазы пригодными для хранения и передачи информации по квантовой сети», — сообщила автор исследования Натали де Леон. Получившиеся алмазы позволят передавать данные с помощью фотонов, а также хранить их с помощью электронов. В результате квантовые компьютеры смогут эффективно и быстро решать самые сложные математические и физические задачи, а также передавать информацию по скоростной сети интернет. Также по теме Продукт «передовых идей»: какие задачи будет решать новый российский суперкомпьютер В подмосковной Дубне заработал новый суперкомпьютер — третий по мощности в России. Лаборатория информационных технологий Объединённого...
В России уточнили сроки запуска квантового интернета
| Физик РАН рассказал об интернете будущего | Начало/Квантовая физика/Ученые нашли фотонную связь, позволяющую создать кремниевый квантовый интернет. |
| Учёным в России впервые дали облачный доступ к квантовому ионному компьютеру | «Квантовый Интернет станет платформой квантовой экосистемы, в которой компьютеры, сети и датчики обмениваются информацией принципиально новым образом. |
| Ученый рассказал об интернете будущего | «Квантовый интернет», основанный на этой таинственной способности запутывать, может фундаментально изменить информационные технологии и общество в целом. |
| Квантовый интернет и сигналы из космоса: главные техноновости прошедшей недели! | Первые стандарты в области квантовых коммуникаций и квантового интернета вещей, которые открывают серию национальных стандартов в области квантовых технологий, |. |
| Как будет развиваться квантовый интернет | Доступ к квантовым компьютерам будет обеспечен в режиме 24/7 через обычный браузер. |
Научная Россия/Взгляд в будущее: квантовый интернет
Учёные стали на шаг ближе к квантовому интернету. Каждая из этих областей нуждается в квантовом Интернете — соединении квантовых устройств квантовыми коммуникационными каналами. Квантовый интернет способен обеспечить высочайший уровень защиты передаваемых данных.
Регистрация
- Мы все ближе к квантовому Интернету. Но что это такое? - RW Space
- Квантовый интернет - что это, как работает? Преимущества. Квантовая сеть
- Физик РАН рассказал об интернете будущего - - 20.11.2023
- Подписка на дайджест
- Новости дня
- Мы все ближе к квантовому Интернету. Но что это такое?
Лучшие друзья интернета: как алмазы помогут создать квантовую сеть будущего
Но сначала ученые должны построить всемирный квантовый интернет, чтобы передавать мельчайшие квантовые частицы с одного континента на другой. Одна из ключевых задач стратегического проекта «Квантовый интернет» — подготовка кадров для цифровой экономики в рамках одноименного федерального проекта. Дроны легко перемещаются, их запуск быстр и дешев, поэтому в будущем планируется создавать целые эскадрильи дронов для обеспечения глобального квантового интернета. Возможность реализации квантового интернета уже неоднократно была доказана на практике. Возможность реализации квантового интернета уже неоднократно была доказана на практике. В отличие от обычного, такой интернет использует квантовые сигналы вместо радиоволн — на «Футуристе».
Или воспользуйтесь аккаунтом
- Ускоряемся в исследованиях
- Российский квантовый центр и VK будут развивать квантовые вычисления в облаке - Ведомости
- Квантовая передача данных: как обстоят дела на сегодняшний день? - Игорь Шнуренко
- Читать новость "В США разрабатывают практически невзламываемый квантовый интернет". Портал ПЛАС
- Учёным в России впервые дали облачный доступ к квантовому ионному компьютеру