Κβαντικό Διαδίκτυο - τι είναι, πώς λειτουργεί; Πλεονεκτήματα. κβαντικό δίκτυο

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Πρόσφατες μελέτες που πραγματοποιήθηκαν από Ευρωπαίους και Ρώσους επιστήμονες έχουν δείξει ότι η κίνηση κβαντικών και κλασικών πληροφοριών μπορεί να συνυπάρχει επιτυχώς εντός των ορίων των ίδιων γραμμών μετάδοσης δεδομένων οπτικών ινών. Αυτό καθιστά δυνατή στο μέλλον μια σταδιακή μετάβαση από το συνηθισμένο Διαδίκτυο, σε ένα δίκτυο που βασίζεται στα παράδοξα των στοιχειωδών σωματιδίων, το κβαντικό δίκτυο Διαδικτύου.

Επιτάχυνση στην έρευνα

Μια επανάσταση ετοιμάζεται στον κλάδο των υπολογιστών. Οι φυσικοί του Πανεπιστημίου της Πενσυλβάνια είπαν ότι τα συμβατικά τσιπ πυριτίου θα φτάσουν στο όριο τους σε τέσσερα χρόνια. Δεν θα είναι δυνατό να μειωθούν περαιτέρω, επομένως οι απλοί υπολογιστές δεν έχουν πολύ χρόνο ζωής.

Θα αντικατασταθούν από θεμελιωδώς νέες τεχνολογίες, κβαντικούς υπολογιστές. Αντί για τσιπ θα υπάρχουν στοιχειώδη σωματίδια. Χάρη σε αυτό, είναι δυνατό να μειωθεί δραστικά το μέγεθος και να αυξηθεί η παραγωγικότητα. Μέχρι στιγμής, αυτά τα πρωτότυπα δεν είναι πιο γρήγορα από έναν αδύναμο υπολογιστή, αλλά είναι απλώς θέμα χρόνου. Με τη σειρά του, χρησιμοποιώντας το πιο ισχυρό δυναμικό, θα είναι δυνατή η ταχύτερη επίλυσηπροβλήματα και δυσκολίες στην εφαρμογή ενός θεμελιωδώς νέου, κβαντικού Διαδικτύου.

Μυστήρια του κβαντικού Διαδικτύου

Πώς λειτουργεί το κβαντικό Διαδίκτυο; Τι είναι και ποια είναι η ουσία του; Η διαφορά είναι ότι βασίζεται στους νόμους της κβαντικής μηχανικής. Έχει υιοθετηθεί από τους επιστήμονες ως ένα καυτό, νευρικό πεδίο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να περιγράψει φαινόμενα που δεν είναι πλήρως κατανοητά. Ένα από αυτά είναι το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο.

Τα παράδοξα της κβαντικής φυσικής στην υπηρεσία της ανθρωπότητας

Σήμερα είναι ξεκάθαρο: στο εγγύς μέλλον μας θα εισέλθει ένα φαινόμενο όπως το κβαντικό Διαδίκτυο. Τι μπορεί να μας φέρει αυτό ή πώς θα είναι; Ίσως αυτό να είναι άλλο ένα άλμα, παρόμοιο με την εισαγωγή τρανζίστορ ημιαγωγών στο παρελθόν.

Η αρχή του βασίζεται στην ιδιότητα της υπέρθεσης και της κβαντικής εμπλοκής. Δεν έχει καθορισμένο γύρισμα, και όταν μετράμε το ένα, το δεύτερο δείχνει το αντίθετο. Για πληρέστερη κατανόηση, αυτό σημαίνει ότι κάθε στοιχειώδες σωματίδιο που μεταφέρει πληροφορίες συνδέεται αόρατα με το «μπλεγμένο» ζεύγος του. Επιπλέον, η απόσταση μεταξύ τους δεν παίζει κανένα ρόλο, οι πληροφορίες μεταδίδονται αμέσως.

Χρησιμοποιώντας αυτούς τους ανώμαλους νόμους, ανοίγονται μεγάλες ευκαιρίες στην ταχύτητα και την εμπιστευτικότητα της μεταφοράς δεδομένων. Είναι αδύνατο να υποκλαπούν πληροφορίες που αποστέλλονται με αυτόν τον τρόπο χωρίς να γίνουν αντιληπτές: οποιαδήποτε ανάγνωση αφήνει ίχνη ή καταστρέφει τις αρχικές πληροφορίες.

Η ταχύτητα είναι μεγαλύτερη από όσο νομίζαμε

Όσο για τα πιο πρόσφατα δεδομένα για τη μέτρηση της ταχύτητας μεταφοράς δεδομένων, καταπλήσσουν τη φαντασία μας. Υπερβαίνει την ταχύτητα του φωτός κατά δέκαχιλιάδες φορές. Αλλά, πιθανότατα, οι επιστήμονες στο μέλλον θα ανακαλύψουν ότι η ταχύτητα μετάδοσης του σήματος είναι πολύ υψηλότερη από ό,τι είχε καθοριστεί προηγουμένως, όπως είναι το κβαντικό Διαδίκτυο. Τι σημαίνει? Τι μπορεί να μας δώσει αυτό; Ίσως η μετάδοση σημάτων σε αδιανόητες προηγουμένως αποστάσεις στο διάστημα και νέες ανακαλύψεις.

Νέες τεχνολογίες στα φωτόνια

Στην τεχνολογία μετατροπής φωτονίων σε φορέα πληροφοριών, Ρώσοι επιστήμονες ανακάλυψαν τη χρήση τεχνητά αναπτυγμένων κρυστάλλων, συγκεκριμένα διαμαντιών.

Αποδεικνύεται ότι όταν το φως περνά μέσα από κρυστάλλους, αποκτά την ιδιότητα του υγρού και αρχίζει να σχηματίζει σταγόνες, δίνες, κύματα. Μπορεί να κατευθυνθεί μέσω οποιουδήποτε καναλιού. Γενικά συμπεριφέρεται σαν υγρό. Συμπεριλαμβανομένου του μπορεί να εξαπλωθεί με πολύ αργή ταχύτητα ή ακόμα και να σταματήσει.

Αυτό είναι πολύ ενδιαφέρον αφενός και πολύ σημαντικό, γιατί σας επιτρέπει να χειριστείτε το φως και να κάνετε οτιδήποτε, συμπεριλαμβανομένης της λήψης ενός τέτοιου φαινομένου όπως ένα κβαντικό δίκτυο Διαδικτύου. Αυτό επιτρέπει τη χρήση του ως παράγοντα μεταφοράς πληροφοριών. Τώρα ο κύριος φορέας του είναι ένα ηλεκτρικό φορτίο. Αλλά είναι ένα ατελές αντικείμενο. Επομένως, οποιαδήποτε κίνηση ή επιτάχυνση ενός ηλεκτρικού φορτίου οδηγεί σε απώλειες ενέργειας που πηγαίνουν στο περιβάλλον και θερμαίνουν τον επεξεργαστή και τα στοιχεία μικροκυκλώματος.

Το ίδιο το Διαδίκτυο κοστίζει στην ανθρωπότητα περισσότερο από το 5% της ενέργειας που παράγει. Επομένως, η αντικατάσταση ενός ηλεκτρονίου με φωτόνια θα οδηγούσε ιδανικά σε μείωση της απώλειας μιας κολοσσιαίας ποσότητας ενέργειας. Αντίστοιχα, το κόστος του ίδιου του Διαδικτύουθα πέσει.

Κβαντικό Διαδίκτυο στη Ρωσία

Οι εργασίες στη Ρωσία στο κβαντικό διαδίκτυο είναι μοναδικές. Παρά τη χαμηλή χρηματοδότηση και κάθε είδους εμπόδια, οι επιστήμονες έχουν πραγματοποιήσει αρκετά πειράματα και έχουν κατακτήσει ηγετική θέση σε αυτόν τον τομέα.

Σαν αποτέλεσμα, καταφέραμε να δημιουργήσουμε ένα μοναδικό ίδρυμα υψηλού επιπέδου. Συνδυάζει πειραματικές και θεωρητικές ομάδες καθώς και εφαρμοσμένη έρευνα. Αυτό το ινστιτούτο χρηματοδοτείται εν μέρει από την Gazprombank, εν μέρει από το κράτος σε διάφορες μορφές. Σε κάθε περίπτωση, αυτό είναι το παράδειγμα που πρέπει να ακολουθήσει η ρωσική επιστήμη χωρίς να σταματήσει σε τίποτα.

Κατακτώντας νέα εδάφη

Στο τρέχον στάδιο ανάπτυξης του κβαντικού Διαδικτύου, μπορούν να ονομαστούν μόνο τεχνολογίες προστασίας δεδομένων που χρησιμοποιούν κβαντική κρυπτογραφία. Τέτοια δίκτυα σήμερα είναι αρκετά απλές συνδέσεις από σημείο σε σημείο. Οι επιστήμονες στοχεύουν στη δημιουργία συνεργατικών λύσεων που συνδυάζουν διαφορετικά κανάλια και μεθόδους κρυπτογράφησης.

Αν ακολουθήσετε την υλοποίηση της ιδέας, τα αποτελέσματα των Ρώσων ερευνητών θα είναι πιο σημαντικά. Ένα παράδειγμα είναι ο ανιχνευτής εκπομπών ενός φωτονίου που αναπτύσσεται στο Ινστιτούτο Kurchatov.

Για την ύπαρξη μιας τέτοιας ανακάλυψης όπως το κβαντικό Διαδίκτυο, οι επιστήμονες πρέπει να λύσουν τις δυσκολίες του συνδυασμού ειδικού εξοπλισμού για κβαντική μετάδοση δεδομένων και δίκτυα τηλεπικοινωνιών που υπάρχουν σήμερα.

Τα κύρια ζητήματα βρίσκονται στη λύση της μεταγωγής και της ενίσχυσης σήματος. Εάν στείλετε πληροφορίες που βασίζονται σε κβαντικές πληροφορίες μέσω μιας τυπικής οπτικής ίνας, τότε αυτές δεν θα περάσουν από τον αναγεννητή. Επομένως, μια λύση είναι να μετατρέψετε το σήμα σε ηλεκτρικό και μετά να επιστρέψετε στην αρχική του θέση.

Σήμερα το όριο είναι τριακόσια χιλιόμετρα. Αυτή είναι η απόσταση στην οποία είναι απαραίτητο να αναπαραχθεί το οπτικό σήμα. Χρειαζόμαστε επίσης ένα πρωτότυπο κβαντικού διακόπτη. Ο συνολικός αριθμός των προβληματικών εργασιών μπορεί να λυθεί μόνο εντός δέκα ετών. Παρόλα αυτά, σε επιστημονικούς κύκλους διαφωνούν για το ενδεχόμενο να «σέλα» το κβαντικό Διαδίκτυο. Τι μπορεί να φέρει και πώς μπορεί να βοηθήσει; Σήμερα δεν υπάρχει ξεκάθαρη απάντηση, αλλά η λύση στο ζήτημα της εισαγωγής και εισαγωγής τέτοιων τεχνολογιών στον μέσο πολίτη σίγουρα θα βελτιώσει την ποιότητα ζωής και την ασφάλειά του.

Έρχεται μια νέα εποχή

Η Κίνα έχει θέσει σήμερα ένα φιλόδοξο έργο για τη μετάδοση κβαντικού δικτύου 1200 χιλιομέτρων μέσω δορυφόρου.

Έχει επιτευχθεί μέγιστη απόσταση εκατό χιλιομέτρων αυτήν τη στιγμή. Οι επιστήμονες έχουν αναπτύξει πώς να προστατεύουν το σήμα από τις επιπτώσεις των μετεωρολογικών συνθηκών. Ωστόσο, αυτή η αίσθηση είναι πιο πιθανό να συνδέεται όχι με την τηλεμεταφορά, η οποία αυξάνεται κάθε χρόνο, αλλά με την κβαντική κρυπτογραφία, με άλλα λόγια, ένα νέο σύστημα κρυπτογράφησης δεδομένων.

Ένας κβαντικός κώδικας δεν μπορεί να παραβιαστεί, πιο συγκεκριμένα, όταν παραβιάζεται, οι πληροφορίες εξαφανίζονται. Στην εποχή του κυβερνοπολέμου, αυτό σημαίνει άτρωτο. Η κβαντική κρυπτογραφία χρησιμοποιείται εδώ και πολύ καιρό από όσους αναζητούν εγγυήσειςασφάλεια. Πώς, για παράδειγμα, πριν από μερικά χρόνια, οι ελβετικές τράπεζες άρχισαν να ανταλλάσσουν δεδομένα για τους πελάτες τους μέσω ενός κβαντικού δικτύου. Σήμερα περιορίζονται σε απόσταση πολλών δεκάδων χιλιομέτρων. Το Ρωσικό Κβαντικό Κέντρο ετοιμάζεται να εισαγάγει το ίδιο σύστημα, καθώς και να κυριαρχήσει στη μετάδοση ενός κβαντικού σήματος μέσω διαστημικού δορυφόρου.

Εισαγωγή και υλοποίηση

Εν τω μεταξύ, το πρώτο κβαντικό δίκτυο Διαδικτύου ξεκίνησε στην Αγία Πετρούπολη μεταξύ δύο πανεπιστημιακών κτιρίων στη Ρωσία.

Οι πληροφορίες μεταδίδονται χρησιμοποιώντας τους νόμους της κβαντικής φυσικής. Οι πιο έξυπνες εταιρείες και κυβερνήσεις επενδύουν τώρα σε αυτόν τον τομέα. Η μελλοντική τεχνολογία μεταφοράς πληροφοριών εφαρμόζεται με βάση την υπάρχουσα. Καλώδιο οπτικών ινών, οικείος υπολογιστής, αλλά νέος δρομολογητής και γεννήτρια φωτονίων.

Η ύπαρξη του νέου Διαδικτύου ξεκινά με ένα λέιζερ, όπου βρίσκεται η πηγή μεμονωμένων φωτονίων. Έχουν μια καλή ιδιότητα για τη μετάδοση πληροφοριών με ασφαλή τρόπο. Ένα μόνο φωτόνιο δεν μπορεί να διαιρεθεί. Το κλειδί είναι διαμορφωμένο με τέτοιο τρόπο ώστε να μην είναι δυνατή η ανάγνωση. Για να μετατρέψει ένα φωτόνιο σε φορέα πληροφοριών, το σύστημα αλλάζει την κατάστασή του, τη φάση της ταλάντωσης του παλμικού κύματος. Σήμερα, το επίπεδο ανάπτυξης της κβαντικής τεχνολογίας είναι συγκρίσιμο με αυτό που έμοιαζαν οι κινητές επικοινωνίες πριν από τριάντα χρόνια, θα περάσουν άλλα πέντε έως δέκα χρόνια και τα κβάντα φωτονίων θα μπορούν να μας προσφέρουν ένα ασφαλές Διαδίκτυο πληροφοριών.

Κβαντικό Διαδίκτυο στο Καζάν

Ένα κβαντικό δίκτυο Διαδικτύου ξεκίνησε στο Ταταρστάν, η πειραματική του τοποθεσία βρίσκεται στο Καζάν. Αυτό το πρόγραμμαείναι ένα σημαντικό επίτευγμα στην ανάπτυξη των κβαντικών επικοινωνιών στη Ρωσία. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, έχει απόλυτη ανοσία σε επιθέσεις χάκερ.

Σήμερα, η προστασία του δικτύου μας στο Διαδίκτυο βασίζεται στην κρυπτογράφηση μαθηματικών αλγορίθμων, αλλά ακόμη και ο πιο περίπλοκος κώδικας μπορεί να σπάσει. Όσο πιο ισχυρές είναι οι υπολογιστικές ικανότητες των χάκερ, τόσο πιο εύκολο και γρήγορο είναι να υπολογιστεί ο αλγόριθμος κρυπτογράφησης.

Η τεχνολογία που περιγράφεται στο άρθρο θα γίνει μια νέα δομή ασφάλειας δικτύου. Το Quantum Internet στο Καζάν θα συνδυαστεί σε τέσσερις κόμβους σε απόσταση 30-40 χιλιομέτρων ο ένας από τον άλλο. Το κόστος επιλογής μεταξύ δύο σημείων είναι περίπου εκατό χιλιάδες δολάρια. Στο πειραματικό τμήμα, το δίκτυο έδειξε κβαντική ταχύτητα Διαδικτύου 117 kb/s με απόσταση δυόμισι χιλιομέτρων. Αυτό το αποτέλεσμα είναι μια τάξη μεγέθους υψηλότερο από ό,τι στις ευρωπαϊκές δοκιμές. Στο δίκτυο, ο ρυθμός απώλειας μετάδοσης των κβαντικών bit στο οπτικό κανάλι ήταν είκοσι dB. Αυτό ισοδυναμεί με γραμμή μήκους εκατό χιλιομέτρων.

Αξίζει να σημειωθεί ότι αυτό το έργο αφορά τη γραμμή λειτουργίας του τηλεπικοινωνιακού δικτύου της υποδομής Tattelecom.

Το δίκτυο θα συνδέει πόλεις

Το 2017, σχεδιάζεται να ξεκινήσει ένα έργο για την εισαγωγή νέας τεχνολογίας. Το Quantum Internet στο Ταταρστάν θα επιτρέψει τη σύνδεση γραφείων σε διαφορετικές πόλεις. Αυτό είναι ένα από τα κύρια καθήκοντα που έχει θέσει το Kazan Quantum Center KNITU-KAI και ο αρχηγός του. Παρακολουθώντας τις επιτυχίες τους, πιστεύει κανείς χωρίς αμφιβολία ότι αυτό θα συμβεί.