Kvantum Internet – mi az, hogyan működik? Előnyök. kvantumhálózat

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

Európai és orosz tudósok által végzett közelmúltbeli tanulmányok kimutatták, hogy a kvantum és a klasszikus információ mozgása sikeresen megfér egymás mellett ugyanazon száloptikai adatátviteli vonalak határain belül. Ez lehetővé teszi a jövőben a fokozatos átállást a megszokott internetről az elemi részecskék paradoxonán alapuló hálózatra, a kvantuminternet hálózatra.

Felgyorsítás a kutatásban

Forradalom készülődik a számítógépiparban. A Pennsylvaniai Egyetem fizikusai azt mondták, hogy a hagyományos szilícium chipek négy éven belül elérik határukat. Nem lesz lehetséges tovább csökkenteni őket, így a közönséges számítógépeknek nem kell sokáig élniük.

A helyüket alapvetően új technológiák, kvantumszámítógépek fogják felváltani. A chipek helyett elemi részecskék lesznek. Ennek köszönhetően lehetséges a méret drasztikus csökkentése és a termelékenység növelése. Eddig ezek a prototípusok nem gyorsabbak egy gyenge számítógépnél, de ez csak idő kérdése. A legerősebb potenciál felhasználásával viszont gyorsabban megoldhatóproblémák és nehézségek egy alapvetően új, kvantuminternet megvalósításában.

A kvantuminternet rejtelmei

Hogyan működik a kvantuminternet? Mi ez és mi a lényege? A különbség az, hogy a kvantummechanika törvényein alapul. A tudósok felkarolták, mint egy forró, éles mezőt, amely felhasználható olyan jelenségek leírására, amelyeket nem teljesen értettek. Az egyik a fotoelektromos hatás.

A kvantumfizika paradoxonai az emberiség szolgálatában

Ma világossá vált: a közeljövőben megjelenik egy olyan jelenség, mint a kvantuminternet. Mit hozhat ez nekünk, vagy hogyan lesz? Talán ez egy újabb ugrás lesz, hasonlóan a félvezető tranzisztorok múltbeli bevezetéséhez.

Elve a szuperpozíció és a kvantumösszefonódás tulajdonságán alapul. Nincs határozott pörgése, és ha mérünk egyet, a második az ellenkezőjét mutatja. A teljesebb megértés érdekében ez azt jelenti, hogy minden információt hordozó elemi részecske láthatatlanul össze van kötve "összegabalyodott" párjával. Ráadásul a köztük lévő távolság nem játszik szerepet, az információ azonnal továbbításra kerül.

Ezekkel a rendhagyó törvényekkel, nagyszerű lehetőségek nyílnak meg az adatátvitel sebességében és bizalmasságában. Lehetetlen észrevétlenül elkapni az így küldött információkat: minden olvasás nyomokat hagy maga után, vagy megsemmisíti az eredeti információt.

A sebesség gyorsabb, mint gondolnánk

Ami az adatátviteli sebesség mérésére vonatkozó legfrissebb adatokat illeti, ezek ámulatba ejtik a képzeletünket. Tízzel haladja meg a fénysebességetezerszer. De a jövőben a tudósok valószínűleg azt fogják tapasztalni, hogy a jelátviteli sebesség sokkal nagyobb, mint a korábban meghatározott, ilyen a kvantuminternet. Mit jelent? Mit adhat ez nekünk? Talán a jelek továbbítása korábban elképzelhetetlen távolságokra az űrben és új felfedezések.

Új technológiák a fotonokban

A fotonok információhordozóvá alakításának technológiájában orosz tudósok mesterségesen termesztett kristályok, nevezetesen gyémántok felhasználását fedezték fel.

Kiderült, hogy amikor a fény áthalad a kristályokon, folyadék tulajdonságot nyer, és cseppeket, örvényeket, hullámokat kezd képezni. Bármilyen csatornán keresztül irányítható. Általában úgy viselkedik, mint egy folyadék. Beleértve, hogy nagyon lassú sebességgel terjedhet, vagy akár meg is állhat.

Ez egyrészt nagyon érdekes és nagyon fontos, mert lehetővé teszi a fény manipulálását és bármit, beleértve az olyan jelenségek elérését is, mint egy kvantuminternetes hálózat. Ez lehetővé teszi, hogy információátviteli ügynökként használják. Most a fő hordozója az elektromos töltés. De ez egy tökéletlen tárgy. Ezért az elektromos töltés bármilyen mozgása vagy gyorsulása energiaveszteséghez vezet, amely a környezetbe kerül, és felmelegíti a processzort és a mikroáramkör elemeit.

Maga az internet az emberiségnek az általa megtermelt energia több mint 5%-ába kerül. Ezért az elektronok fotonokkal való helyettesítése ideális esetben óriási mennyiségű energiaveszteség csökkenéséhez vezetne. Ennek megfelelően magának az internetnek a költségeesni fog.

Kvantum Internet Oroszországban

A kvantuminternettel kapcsolatos oroszországi munkák egyedülállóak. Az alacsony finanszírozás és mindenféle akadály ellenére a tudósok elegendő kísérletet végeztek, és vezető pozíciót értek el ezen a területen.

Ennek eredményeként egy egyedi, magas szintű intézményt sikerült létrehoznunk. Egyesíti a kísérleti és elméleti csoportokat, valamint az alkalmazott kutatásokat. Ezt az intézetet részben a Gazprombank, részben az állam finanszírozza különböző formában. Mindenesetre ez az a példa, amelyet az orosz tudománynak követnie kell anélkül, hogy bárminél is megállna.

Új területek meghódítása

A kvantuminternet fejlődésének jelenlegi szakaszában csak a kvantumkriptográfiát használó adatvédelmi technológiák nevezhetők. Az ilyen hálózatok ma meglehetősen egyszerű pont-pont kapcsolatok. A tudósok célja olyan együttműködési megoldások létrehozása, amelyek különböző csatornákat és titkosítási módszereket kombinálnak.

Ha követi az ötlet megvalósítását, az orosz kutatók eredményei jelentősebbek lesznek. Az egyik példa a Kurchatov Intézetben kifejlesztett egyfoton emitteres detektor.

Egy olyan felfedezés létezéséhez, mint a kvantuminternet, a tudósoknak meg kell oldaniuk a kvantumadat-átvitelhez és a távközlési hálózatokhoz használt, ma létező speciális berendezések kombinálásának nehézségeit.

A fő kérdések a kapcsolás és a jelerősítés megoldásában rejlenek. Ha kvantumalapú információt küld egy szabványos optikai szálon, akkor az nem megy át a regenerátoron. Ezért az egyik megoldás az, hogy a jelet elektromos jelre alakítjuk, majd visszatérünk eredeti helyzetébe.

Ma a határ háromszáz kilométer. Ez az a távolság, amelyen az optikai jelet újra kell generálni. Szükségünk van egy kvantumkapcsoló prototípusra is. A problémás feladatok teljes mennyiségét csak tíz éven belül lehet megoldani. Ennek ellenére tudományos körökben vitatkoznak a kvantuminternet „nyergébe” lehetőségéről. Mit hozhat és hogyan segíthet? Ma már nincs egyértelmű válasz, de az ilyen technológiák bevezetésének és az átlagpolgárok számára történő elterjesztésének megoldása mindenképpen javítja életminőségét és biztonságát.

Új korszak jön

Kína ma ambiciózus projektet tűzött ki 1200 kilométeres kvantumhálózati átvitel megvalósítására műhold segítségével.

Jelenleg a maximális távolság elérése száz kilométer. A tudósok kidolgozták, hogyan lehet megvédeni a jelet a meteorológiai viszonyok hatásaitól. Ez az érzés azonban inkább nem az évről évre növekvő teleportációhoz köthető, hanem a kvantumkriptográfiához, vagyis egy új adattitkosító rendszerhez.

A kvantumkódot nem lehet feltörni, pontosabban ha feltörik, az információ eltűnik. A kiberhadviselés korszakában ez sebezhetetlenséget jelent. A kvantumkriptográfiát régóta használják azok, akik garanciákat keresnekBiztonság. Hogyan kezdtek például néhány évvel ezelőtt a svájci bankok adatokat cserélni ügyfeleikről kvantumhálózaton keresztül. Ma már több tíz kilométeres távolságra korlátozódnak. Az Orosz Kvantumközpont ugyanezen rendszer bevezetésére, valamint a kvantumjel űrműholdon keresztül történő átvitelének elsajátítására készül.

Bevezetés és megvalósítás

Eközben Szentpéterváron elindult az első kvantuminternet hálózat két oroszországi egyetemi épület között.

Az információ továbbítása a kvantumfizika törvényei szerint történik. A legokosabb vállalatok és kormányok most fektetnek be ezen a területen. A jövő információátviteli technológiája a meglévő bázisára épül. Száloptikai kábel, ismerős számítógép, de új router és fotongenerátor.

Az új Internet létezése egy lézerrel kezdődik, ahol az egyes fotonok forrása található. Jó tulajdonságuk van az információ biztonságos továbbítására. Egyetlen fotont nem lehet felosztani. A kulcs úgy van kialakítva, hogy ne lehessen olvasni. Ahhoz, hogy egy fotont információhordozóvá alakítson, a rendszer megváltoztatja állapotát, az impulzushullám rezgésének fázisát. Ma a kvantumtechnológia fejlettségi szintje összemérhető a mobilkommunikáció harminc évvel ezelőtti állapotával, eltelik még öt-tíz év, és a fotonkvantumok biztonságos információs internetet tudnak majd adni nekünk.

Kvantum Internet Kazanyban

Kvantuminternet-hálózat indult Tatárországban, kísérleti helyszíne Kazanyban található. Ez a programfontos eredmény az oroszországi kvantumkommunikáció fejlesztésében. A tudósok szerint teljesen immunis a hackertámadásokra.

Ma internetes hálózatunk védelme matematikai algoritmusok titkosításán alapul, de a legbonyolultabb kód is feltörhető. Minél erősebbek a hackerek számítási képességei, annál könnyebb és gyorsabb a titkosítási algoritmus kiszámítása.

A cikkben leírt technológia új hálózatbiztonsági struktúrává válik. A kazanyi kvantuminternet négy csomópontba fog egyesülni, egymástól 30-40 kilométeres távolságra. A két pont közötti választás költsége körülbelül százezer dollár. A kísérleti részben a hálózat 117 kb/s kvantuminternet sebességet mutatott két és fél kilométeres távolsággal. Ez az eredmény egy nagyságrenddel magasabb, mint az európai kísérletekben. A hálózatban az optikai csatornában a kvantumbitek átviteli vesztesége húsz dB volt. Ez száz kilométer hosszú sornak felel meg.

Érdemes megjegyezni, hogy ez a projekt a Tattelecom infrastruktúra távközlési hálózatának üzemi vonalát érinti.

A hálózat összeköti a városokat

2017-ben a tervek szerint új technológia bevezetésére irányuló projekt indul. A tatári Quantum Internet lehetővé teszi a különböző városok irodáinak összekapcsolását. Ez az egyik fő feladat, amelyet a KNITU-KAI Kazan Quantum Center és vezetője tűzött ki. Sikereiket figyelve az ember kétségtelenül azt hiszi, hogy ez így lesz.