אינטרנט קוונטי - מה זה, איך זה עובד? יתרונות. רשת קוונטית

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

מחקרים עדכניים שבוצעו על ידי מדענים אירופאים ורוסים הראו שתנועה של מידע קוונטי וקלאסי יכולה להתקיים בהצלחה במקביל בגבולות אותם קווי תמסורת נתונים בסיבים אופטיים. זה מאפשר בעתיד מעבר הדרגתי מהאינטרנט הרגיל, לרשת המבוססת על הפרדוקסים של חלקיקים אלמנטריים, רשת האינטרנט הקוונטית.

האץ במחקר

מהפכה מתבשלת בתעשיית המחשבים. פיזיקאים מאוניברסיטת פנסילבניה אמרו ששבבי סיליקון קונבנציונליים יגיעו לגבול שלהם בעוד ארבע שנים. לא ניתן יהיה לצמצם אותם יותר, כך שלמחשבים רגילים אין הרבה זמן לחיות.

הם יוחלפו בטכנולוגיות חדשות ביסודו, מחשבים קוונטיים. במקום שבבים יהיו חלקיקים אלמנטריים. הודות לכך, ניתן להקטין באופן דרסטי את הגודל ולהגדיל את התפוקה. עד כה, אבות הטיפוס הללו אינם מהירים יותר ממחשב חלש, אבל זה רק עניין של זמן. בתורו, באמצעות הפוטנציאל החזק ביותר, ניתן יהיה לפתור מהר יותרבעיות וקשיים ביישום של אינטרנט קוונטי חדש ביסודו.

Mysteries of the Quantum Internet

איך עובד האינטרנט הקוונטי? מה זה ומה המהות שלו? ההבדל הוא שהוא מבוסס על חוקי מכניקת הקוונטים. הוא אומץ על ידי מדענים כתחום לוהט ועצבני שניתן להשתמש בו כדי לתאר תופעות שאינן מובנות במלואן. אחד מהם הוא האפקט הפוטואלקטרי.

הפרדוקסים של פיזיקת הקוונטים בשירות האנושות

היום זה ברור: בעתיד הקרוב שלנו תיכנס תופעה כמו האינטרנט הקוונטי. מה זה יכול להביא לנו או איך זה יהיה? אולי זו תהיה קפיצת מדרגה נוספת, בדומה להצגת טרנזיסטורים מוליכים למחצה בעבר.

העיקרון שלו מבוסס על המאפיין של סופרפוזיציה והסתבכות קוונטית. אין לו ספין מוגדר, וכאשר מודדים אחד, השני מראה את ההיפך. להבנה מלאה יותר, המשמעות היא שכל חלקיק יסודי הנושא מידע קשור באופן בלתי נראה לזוג ה"מסובך" שלו. יתרה מכך, המרחק ביניהם אינו משחק כל תפקיד, מידע מועבר באופן מיידי.

באמצעות חוקים חריגים אלה, נפתחות הזדמנויות נהדרות במהירות ובסודיות של העברת הנתונים. אי אפשר ליירט מידע שנשלח בצורה זו מבלי שישימו לב: כל קריאה משאירה עקבות או הורסת את המידע המקורי.

המהירות גבוהה מהמחשבה

באשר לנתונים העדכניים ביותר על מדידת מהירות העברת נתונים, הם מדהימים את הדמיון שלנו. הוא עולה על מהירות האור בעשראלף פעמים. אבל, סביר להניח, מדענים בעתיד יגלו שמהירות העברת האותות גבוהה בהרבה ממה שנקבע בעבר, כזה הוא האינטרנט הקוונטי. מה זה אומר? מה זה יכול לתת לנו? אולי העברת אותות למרחקים בלתי נתפסים בעבר בחלל ותגליות חדשות.

טכנולוגיות חדשות בפוטונים

בטכנולוגיה של המרת פוטונים לנושא מידע, מדענים רוסים מצאו שימוש בקריסטלים שגדלו באופן מלאכותי, כלומר יהלומים.

מסתבר שכאשר האור עובר דרך גבישים, הוא מקבל תכונה של נוזל ומתחיל ליצור טיפות, מערבולות, גלים. ניתן להפנות אותו בכל ערוצים. באופן כללי, הוא מתנהג כמו נוזל. כולל זה יכול להתפשט במהירות איטית מאוד או אפילו להפסיק.

זה מאוד מעניין מצד אחד וחשוב מאוד, כי זה מאפשר לך לתמרן את האור ולעשות הכל, כולל לקבל תופעה כזו כמו רשת אינטרנט קוונטית. זה מאפשר להשתמש בו כסוכן העברת מידע. כעת הספק העיקרי שלו הוא מטען חשמלי. אבל זה אובייקט לא מושלם. לכן, כל תנועה או האצה של מטען חשמלי מובילה לאיבוד אנרגיה הנכנס לסביבה ומחממים את המעבד ורכיבי המיקרו-מעגל.

האינטרנט עצמו עולה לאנושות יותר מ-5% מהאנרגיה שהיא מייצרת. לכן, החלפת אלקטרון בפוטונים תוביל באופן אידיאלי להפחתה של אובדן כמות עצומה של אנרגיה. בהתאם, עלות האינטרנט עצמוייפול.

אינטרנט קוונטי ברוסיה

עבודות ברוסיה באינטרנט הקוונטי הן ייחודיות. למרות המימון הנמוך וכל מיני מכשולים, מדענים ערכו מספיק ניסויים והשיגו עמדה מובילה בתחום זה.

כתוצאה מכך, הצלחנו ליצור מוסד ייחודי ברמה גבוהה. הוא משלב קבוצות ניסיוניות ותיאורטיות כמו גם מחקר יישומי. מכון זה ממומן בחלקו על ידי גזפרומבנק, בחלקו על ידי המדינה בצורות שונות. בכל מקרה, זו הדוגמה שהמדע הרוסי צריך ללכת בעקבותיה מבלי לעצור בשום דבר.

כיבוש טריטוריות חדשות

בשלב הנוכחי של הפיתוח של האינטרנט הקוונטי, ניתן למנות רק טכנולוגיות הגנת נתונים המשתמשות בהצפנה קוונטית. רשתות כאלה היום הן חיבורים פשוטים למדי מנקודה לנקודה. מדענים שואפים ליצור פתרונות שיתופיים המשלבים ערוצים שונים ושיטות הצפנה.

אם תעקבו אחר יישום הרעיון, התוצאות של חוקרים רוסים יהיו משמעותיות יותר. דוגמה אחת היא גלאי פולט פוטון בודד שפותח במכון קורצ'טוב.

בשביל קיומה של תגלית כמו האינטרנט הקוונטי, מדענים צריכים לפתור את הקשיים של שילוב ציוד מיוחד להעברת נתונים קוונטיים ורשתות טלקומוניקציה הקיימות כיום.

הבעיות העיקריות טמונות בפתרון של מיתוג והגברת אותות. אם אתה שולח מידע מבוסס קוונטי על סיב אופטי סטנדרטי, אז הוא לא יעבור דרך המחדש. לכן, פתרון אחד הוא להפוך את האות לחשמלי ואז לחזור למיקומו המקורי.

היום המגבלה היא שלוש מאות קילומטרים. זהו המרחק שבו יש צורך ליצור מחדש את האות האופטי. אנחנו צריכים גם אב טיפוס של מתג קוונטי. את הכמות הכוללת של המשימות הבעייתיות ניתן לפתור רק תוך עשר שנים. אף על פי כן, בחוגים מדעיים מתווכחים על האפשרות "לאוכף" את האינטרנט הקוונטי. מה זה יכול להביא ואיך זה יכול לעזור? היום אין תשובה חד משמעית, אבל הפתרון לסוגיית הכנסת והבאת טכנולוגיות כאלה לאזרח הממוצע בהחלט ישפר את איכות חייו ובטיחותו.

עידן חדש מגיע

סין קבעה היום פרויקט שאפתני לביצוע שידור רשת קוונטית של 1200 קילומטרים באמצעות לוויין.

הגיע למרחק מקסימלי של מאה קילומטרים כרגע. מדענים פיתחו כיצד להגן על האות מפני ההשפעות של תנאים מטאורולוגיים. עם זאת, סביר להניח שהתחושה הזו קשורה לא לטלפורטציה, שגדלה מדי שנה, אלא להצפנה קוונטית, במילים אחרות, מערכת הצפנת נתונים חדשה.

אי אפשר לפרוץ קוד קוונטי, ליתר דיוק, כאשר הוא נפרץ, המידע נעלם. בעידן של לוחמת סייבר, המשמעות היא אי-פגיעות. הצפנה קוונטית שימשה זמן רב על ידי מי שמחפש ערבויותבִּטָחוֹן. איך, למשל, לפני כמה שנים החלו בנקים בשוויץ להחליף נתונים על לקוחותיהם באמצעות רשת קוונטית. כיום הם מוגבלים למרחק של כמה עשרות קילומטרים. מרכז הקוונטים הרוסי מתכונן להציג את אותה מערכת, כמו גם לשלוט בשידור של אות קוונטי באמצעות לוויין חלל.

הקדמה והטמעה

בינתיים, רשת האינטרנט הקוונטית הראשונה הושקה בסנט פטרסבורג בין שני בנייני אוניברסיטה ברוסיה.

המידע מועבר באמצעות חוקי הפיזיקה הקוונטית. התאגידים והממשלות החכמים ביותר משקיעים כעת בתחום הזה. טכנולוגיית העברת המידע העתידית מיושמת על בסיס הקיימת. כבל סיב אופטי, מחשב מוכר, אבל נתב חדש ומחולל פוטון.

קיומו של האינטרנט החדש מתחיל בלייזר, שבו נמצא מקור הפוטונים הבודדים. יש להם תכונה טובה להעברת מידע בצורה מאובטחת. לא ניתן לחלק פוטון בודד. המפתח נוצר בצורה כזו שלא ניתן לקרוא. כדי להפוך פוטון לנושא מידע, המערכת משנה את מצבה, את השלב של תנודת גל הדחף. כיום, רמת הפיתוח של הטכנולוגיה הקוונטית דומה לאיך שנראתה התקשורת הסלולרית לפני שלושים שנה, יעברו עוד חמש עד עשר שנים וקוואנטת הפוטונים יוכלו לתת לנו אינטרנט מידע מאובטח.

אינטרנט קוונטי בקאזאן

רשת אינטרנט קוונטית הושקה בטטרסטן, האתר הניסיוני שלה ממוקם בקאזאן. התוכנית הזוהוא הישג חשוב בפיתוח התקשורת הקוונטית ברוסיה. לדברי מדענים, היא חסינה לחלוטין מפני התקפות האקרים.

היום, ההגנה על רשת האינטרנט שלנו מבוססת על הצפנה של אלגוריתמים מתמטיים, אך ניתן לפצח אפילו את הקוד המורכב ביותר. ככל שיכולות המחשוב של האקרים חזקות יותר, כך קל ומהיר יותר לחשב את אלגוריתם ההצפנה.

הטכנולוגיה המתוארת במאמר תהפוך למבנה אבטחת רשת חדש. האינטרנט הקוונטי בקאזאן ישולב לארבעה צמתים במרחק של 30-40 קילומטרים אחד מהשני. עלות הבחירה בין שתי נקודות היא כמאה אלף דולר. בקטע הניסוי, הרשת הראתה מהירות אינטרנט קוונטית של 117 קילובייט לשנייה עם מרחק של שניים וחצי קילומטרים. תוצאה זו גבוהה בסדר גודל מאשר בניסויים באירופה. ברשת, שיעור אובדן השידור של סיביות קוונטיות בערוץ האופטי היה עשרים dB. זה שווה ערך לקו ארוך של מאה קילומטרים.

ראוי לציין שפרויקט זה כולל את קו ההפעלה של רשת התקשורת של תשתית Tattelecom.

רשת תחבר ערים

בשנת 2017, מתוכנן להתחיל פרויקט להחדרת טכנולוגיה חדשה. אינטרנט קוונטי בטטרסטן יאפשר חיבור משרדים בערים שונות. זוהי אחת המשימות העיקריות שנקבעו על ידי המרכז הקוונטי של קאזאן KNITU-KAI והמנהיג שלו. כשצופים בהצלחות שלהם, אפשר להאמין ללא ספק שזה יהיה המצב.