Квантавы інтэрнэт - што гэта, як працуе? Перавагі. квантавая сетку

Апошнія даследаванні, рэалізаваныя еўрапейскімі і расійскімі навукоўцамі, паказалі, што перасоўванне квантавай і класічнай інфармацыі можа ўдала суіснаваць у межах адных і тых жа оптавалакновых ліній трансляцыі дадзеных. Гэта дае магчымасць у будучыні для паступовага пераходу ад прывычнага інтэрнэту, да сеткі на аснове парадоксаў элементарных часціц, сеткі квантавага інтэрнэту.

Паскараемся ў даследаваннях

У кампутарнай індустрыі наспявае пераварот. Фізікі з Пенсільванскага універсітэта заявілі, што праз чатыры гады звычайныя крамянёвыя мікрасхемы дасягнуты сваёй мяжы. Памяншаць іх далей будзе не магчыма, таму звычайным кампутарам засталося жыць не доўга.

На іх змену прыйдуць прынцыпова новыя тэхналогіі, квантавыя кампутары. Замест мікрасхем будуць знаходзіцца элементарныя часціцы. Дзякуючы гэтаму магчыма рэзка паменшыць памеры і павысіць прадукцыйнасць. Пакуль гэтыя прататыпы працуюць не хутчэй слабога кампутара, але гэта ўсяго толькі пытанне часу. У сваю чаргу, выкарыстоўваючы наймагутны патэнцыял, атрымаецца больш хутка вырашыць праблемы і складанасці пры ўкараненні прынцыпова новага, квантавага інтэрнэту.

Загадкі квантавага інтэрнэту

Як працуе квантавы інтэрнэт? Што гэта такое і ў чым яго сутнасць? Адрозненне ў тым, што ён грунтуецца на законах квантавай механікі. Яна была ўспрынятая навукоўцамі як гарачая, рэзкая вобласць, якая можа быць выкарыстана для апісання з'яў, да канца не панятых. Адным з іх лічыцца фотаэлектрычны эфект.

Парадоксы квантавай фізікі на службе ў чалавецтва

На сёння зразумела: у наш бліжэйшую будучыню увойдзе такая з'ява, як квантавы інтэрнэт. Што гэта можа нам прынесці ці як гэта будзе? Магчыма, гэта будзе чарговы скачак, падобны ўкараненню паўправадніковых транзістараў у мінулым.

Прынцып яго заснаваны на ўласцівасці суперпазіцыі і квантавай заблытанасці. Ён не мае пэўнага спіна і пры вымярэнні адной, другая паказвае процілеглы. Для больш поўнага разумення гэта азначае, што кожная элементарная часціца, якая нясе інфармацыю, нябачна звязаная з яе «заблытанай» парай. Прычым адлегласць паміж імі не гуляе ні якой ролі, інфармацыя перадаецца імгненна.

Выкарыстоўваючы гэтыя анамальныя законы, адкрываюцца вялізныя магчымасці ў хуткасці і прыватнасці перадачы дадзеных. Перахапіць інфармацыю, адпраўленую такім шляхам, застаўшыся незаўважаным, немагчыма: любое чытанне пакідае сляды, альбо знішчае зыходную інфармацыю.

Хуткасць хутчэй думкі

Што да апошніх дадзеных па вымярэнні хуткасці перадачы дадзеных, то яны дзівяць наша ўяўленне. Яна перавышае хуткасць святла ў дзесяць тысяч разоў. Але, хутчэй за ўсё, навукоўцы ў будучыні знойдуць, што хуткасць перадачы сігналу нашмат вышэй пэўнай раней, такі квантавы інтэрнэт. Што гэта значыць? Што нам можа гэта даць? Магчыма, перадачу сігналаў на раней неймаверныя адлегласці ў космасе і новыя адкрыцці.

Новыя тэхналогіі ў фатонаў

У тэхналогіі ператварэння фатонаў у носьбіт інфармацыі расійскія навукоўцы знайшлі прымяненне штучна выгадаваных крышталяў, а менавіта алмазаў. Аказваецца, калі святло праходзіць праз крышталі, ён набывае ўласцівасць вадкасці і пачынае фармаваць кроплі, віхуры, хвалі. Яго можна накіроўваць па якіх-небудзь каналах. Увогуле, паводзіць сябе, як вадкасць. У тым ліку ён можа распаўсюджвацца з вельмі павольнай хуткасцю ці нават спыніцца.

Гэта вельмі цікава з аднаго боку і вельмі важна, паколькі гэта дазваляе маніпуляваць са святлом і рабіць, што заўгодна, у тым ліку, атрымаць такая з'ява, як квантавая сетку інтэрнэт. Гэта дазваляе яго выкарыстоўваць у якасці агента перадачы інфармацыі. Зараз галоўным яе носьбітам з'яўляецца электрычны зарад. Але гэта недасканалы аб'ект. Таму любы рух або паскарэнне электрычнага зарада прыводзіць да страт энергіі, якая сыходзіць у навакольнае асяроддзе і награвае працэсар і элементы мікрасхем.

Інтэрнэт сам па сабе каштуе ўжо чалавецтву больш за 5% вырабленай ім энергіі. Таму замена электрона фатонамі ў ідэальным варыянце прывядзе да скарачэння страт каласальнага колькасці энергіі. Адпаведна, сабекошт самага інтэрнэту ўпадзе.

Квантавы інтэрнэт у Расеі

Працы ў Расіі па квантавым інтэрнэту ўнікальныя. Не гледзячы на малое фінансаванне і ўсялякія перашкоды, навукоўцы правялі дастаткова эксперыментаў і дамагліся ў гэтай галіне фактычна лідыруе становішча. У выніку атрымалася стварыць унікальны, высокага ўзроўню інстытут. Ён спалучае ў сабе эксперыментальныя і тэарэтычныя групы, а таксама прыкладныя даследаванні. Гэты інстытут фінансуецца часткова «Газпрамбанкам», часткова дзяржавай у розных формах. У любым выпадку, гэта той прыклад, якому павінна прытрымлівацца расійская навука, не спыняючыся ні перад чым.

Пакараем новыя тэрыторыі

На цяперашнім этапе развіцця квантавага інтэрнэту можна назваць толькі тэхналогіі абароны дадзеных з дапамогай квантавай крыптаграфіі. Падобныя сеткі на сёння ўяўляюць сабой досыць простыя злучэння кропка-кропка. Навукоўцы імкнуцца ствараць сумесныя рашэнні, на падставе якіх аб'ядноўваюцца розныя каналы і спосабы шыфравання.

Калі прасачыць за рэалізацыяй ідэі, то вынікі расійскіх даследчыкаў апынуцца больш істотнымі. Адзін з прыкладаў - гэта дэтэктар однофотонной выпраменьвальніка, распрацоўванага ў Курчатовском інстытуце.

Для існавання такога адкрыцця, як квантавая сетку інтэрнэт, навукоўцам неабходна вырашыць складанасці сумяшчэння асаблівага абсталявання для квантавай перадачы дадзеных і існуючых на сёння тэлекамунікацыйных сетак.

Асноўныя пытанні ляжаць у вырашэнні камутацыі і ўзмацненні сігналу. Калі адправіць інфармацыю на аснове кванта, па стандартным оптавалакну, то ён не пройдзе праз рэгенератар. Таму адзін з варыянтаў рашэння гэта ператварэнне сігналу ў электрычны і затым вяртанне ў зыходнае становішча.

На сёння мяжа роўны трёмстам кіламетрам. Гэта дыстанцыя, на якой неабходна вырабляць рэгенерацыю аптычнага сігналу. Таксама патрэбен прататып квантавага камутатара. Агульны аб'ём наяўнасці праблемных задач можа быць вырашана толькі ў межах дзесяці гадоў. Тым не менш, у навукоўцаў колах сцвярджаюць пра магчымасць «асядлаць» квантавы інтэрнэт. Што гэта можа прынесці і чым дапамагчы? На сёння няма адназначнага адказу, але вырашэнне пытання аб укараненні і давядзенні такіх тэхналогій да шараговага жыхару, адназначна павысіць яго якасць жыцця і бяспека.

Новая эпоха надыходзіць

Кітай на сёння паставіў амбіцыйны праект, зрабіць перадачу па квантавай сеткі на 1200 кіламетраў, выкарыстоўваючы спадарожнік. На дадзены момант дасягнута дыстанцыя максімум сто кіламетраў. Навукоўцы распрацавалі, як зберагчы сігнал ад уздзеяння метэаралагічных умоў. Зрэшты, гэтая сенсацыя хутчэй звязаная не з тэлепартацыяй, якая павялічваецца з кожным годам, а з квантавай крыптаграфіяй, іншымі словамі, новай сістэмай шыфравання дадзеных.

Квантавы код няма магчымасці ўзламаць, дакладней пры яго ўзломе інфармацыя знікае. У эпоху кібервойнаў гэта азначае непаражальнасць. Квантавай крыптаграфіяй даўно карыстаюцца тыя, хто шукае гарантыі бяспекі. Як, напрыклад, некалькі гадоў таму назад швейцарскія банкі пачалі абменьвацца дадзенымі аб сваіх кліентах праз квантавую сетку. На сёння яны абмежаваныя адлегласцю некалькі дзесяткаў кіламетраў. Такую ж сістэму рыхтуецца ўкараняць Расійскі квантавы цэнтр, а таксама асвоіць перадачу квантавага сігналу праз касмічны спадарожнік.

Ўкараненне і рэалізацыя

А ў гэты час у Пецярбургу паміж двума будынкамі універсітэта ў Расіі запусцілі першую квантавую інтэрнэт сетку. Інфармацыя перадаецца, выкарыстоўваючы законы квантавай фізікі. У гэтую вобласць цяпер інвестуюць самыя разумныя карпарацыі і ўрада. Будучая тэхналогія перадачы інфармацыі ўкараняецца на базе існуючай. Оптавалаконны кабель, звыклы кампутар, але новы роутер і генератар фатонаў.

Існаванне новага інтэрнэту пачынаецца з лазера, дзе знаходзіцца крыніца адзіночных фатонаў. Яны валодаюць добрым уласцівасцю для таго, каб перадаваць інфармацыю абароненым шляхам. Адзіночны фатон нельга падзяліць. Ключ фарміруецца такім чынам, што чытаньне ня магчыма. Каб ператварыць фатон у носьбіт інфармацыі, сыстэма мяняе яго стан, фазу ваганні імпульснай хвалі. Сёння ўзровень развіцця квантавай тэхналогіі супастаўны з тым, як выглядала мабільная сувязь трыццаць гадоў таму, яшчэ пройдзе пяць-дзесяць гадоў і кванты фатона змогуць нам падарыць бяспечны інфармацыйны інтэрнэт.

Квантавы інтэрнэт у Казані

У Татарстане запусцілі квантавую інтэрнэт сетку, яе эксперыментальны ўчастак знаходзіцца ў Казані. Гэтая праграма з'яўляецца важным дасягненнем у развіцці квантавай сувязі ў Расіі. Як сцвярджаюць навукоўцы, яна абсалютна непаражальная для хакерскіх нападаў.

Сёння абарона нашай інтэрнэт сеткі заснавана на шыфраванні матэматычных алгарытмаў, але нават самы складаны код можна ўзламаць. Чым больш магутны вылічальныя здольнасці ў хакераў, тым прасцей і хутчэй пралічыць алгарытм шыфравання.

Апісваная ў артыкуле тэхналогія стане новай структурай сеткавай бяспекі. Квантавы інтэрнэт у Казані будзе аб'яднаны ў чатыры вузла на адлегласці 30-40 кіламетраў адзін ад аднаго. Кошт камплектацыі паміж двума кропкамі складае каля ста тысяч долараў. На эксперыментальным участку сетку паказала хуткасць квантавага інтэрнэту 117кб / c з дыстанцыяй два з паловай кіламетры. Гэты вынік на парадак вышэй, чым у еўрапейскіх выпрабаваннях. У сетцы паказчык страт перадачы квантавых біт ў аптычным канале склаў дваццаць дб. Гэта эквівалентна даўжыні лініі сто кіламетраў. Варта заўважыць, што ў дадзеным праекце задзейнічана дзеючая лінія тэлекамунікацыйнай сеткі інфраструктуры «Таттелеком".

Сетка злучыць горада

У 2017 годзе мяркуецца пачаць праект па ўкараненні новай тэхналогіі. Квантавы інтэрнэт у Татарстане дазволіць злучыць офісы ў розных гарадах. Гэта адно з самых галоўных заданняў, якія ставіць перад сабой Казанскі квантавы цэнтр КНИТУ-Каі і яго кіраўнік. Назіраючы за іх поспехамі, без сумненняў верыцца, што так яно і будзе.