Quantum Internet: què és, com funciona? Avantatges. xarxa quàntica

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 10:21

Estudis recents realitzats per científics europeus i russos han demostrat que el moviment de la informació quàntica i clàssica pot coexistir amb èxit dins dels límits de les mateixes línies de transmissió de dades de fibra òptica. Això fa possible en el futur una transició gradual de l'Internet habitual, a una xarxa basada en les paradoxes de les partícules elementals, la xarxa quàntica d'Internet.

Accelera la recerca

S'està produint una revolució a la indústria informàtica. Els físics de la Universitat de Pennsilvània han dit que els xips de silici convencionals arribaran al seu límit en quatre anys. No serà possible reduir-los més, de manera que els ordinadors normals no tenen molt de vida.

Seran substituïts per tecnologies fonamentalment noves, els ordinadors quàntics. En lloc de xips hi haurà partícules elementals. Gràcies a això, és possible reduir dràsticament la mida i augmentar la productivitat. Fins ara, aquests prototips no són més ràpids que un ordinador feble, però és només qüestió de temps. Al seu torn, utilitzant el potencial més potent, es podrà resoldre més ràpidamentproblemes i dificultats en la implementació d'una Internet quàntica fonamentalment nova.

Misteris d'Internet quàntic

Com funciona l'Internet quàntic? Què és i quina és la seva essència? La diferència és que es basa en les lleis de la mecànica quàntica. Els científics l'han acceptat com un camp calent i nerviós que es pot utilitzar per descriure fenòmens que no s'entenen del tot. Un d'ells és l'efecte fotoelèctric.

Les paradoxes de la física quàntica al servei de la humanitat

Avui està clar: en el nostre futur proper entrarà un fenomen com la Internet quàntica. Què ens pot aportar això o com serà? Potser aquest serà un altre s alt, semblant a la introducció dels transistors semiconductors en el passat.

El seu principi es basa en la propietat de la superposició i l'entrellat quàntic. No té un gir definit, i en mesurar-ne un, el segon mostra el contrari. Per a una comprensió més completa, això significa que cada partícula elemental que porta informació està connectada de manera invisible amb el seu parell "entrellaçat". A més, la distància entre ells no juga cap paper, la informació es transmet a l'instant.

Utilitzant aquestes lleis anòmales, s'obren grans oportunitats en la velocitat i la confidencialitat de la transferència de dades. És impossible interceptar la informació enviada d'aquesta manera sense que se'n noti: qualsevol lectura deixa rastre o destrueix la informació original.

La velocitat és més ràpida del que es pensava

Pel que fa a les dades més recents sobre el mesurament de la velocitat de transferència de dades, ens sorprenen la imaginació. Supera en deu la velocitat de la llummil vegades. Però, molt probablement, els científics en el futur trobaran que la velocitat de transmissió del senyal és molt superior a la determinada anteriorment, com és l'Internet quàntic. Què vol dir? Què ens pot aportar això? Potser la transmissió de senyals a distàncies abans impensables a l'espai i nous descobriments.

Noves tecnologies en fotons

En la tecnologia de conversió de fotons en un suport d'informació, els científics russos han trobat l'ús de cristalls cultivats artificialment, és a dir, els diamants.

Resulta que quan la llum travessa els cristalls, adquireix la propietat d'un líquid i comença a formar gotes, vòrtexs, ones. Es pot dirigir a través de qualsevol canal. En general, es comporta com un líquid. Incloure'l es pot propagar a una velocitat molt lenta o fins i tot aturar-se.

Això és molt interessant d'una banda i molt important, perquè et permet manipular la llum i fer qualsevol cosa, inclòs aconseguir un fenomen com una xarxa d'Internet quàntica. Això permet que s'utilitzi com a agent de transferència d'informació. Ara el seu principal portador és una càrrega elèctrica. Però és un objecte imperfecte. Per tant, qualsevol moviment o acceleració d'una càrrega elèctrica provoca pèrdues d'energia que es dirigeixen a l'entorn i escalfen el processador i els elements del microcircuit.

La mateixa Internet costa a la humanitat més del 5% de l'energia que produeix. Per tant, la substitució d'un electró per fotons conduiria idealment a una reducció de la pèrdua d'una quantitat colossal d'energia. En conseqüència, el cost d'Internet en sicaurà.

Internet quàntic a Rússia

Els treballs a Rússia a Internet quàntic són únics. Malgrat el baix finançament i tota mena d'obstacles, els científics han realitzat prou experiments i han aconseguit una posició de lideratge en aquesta àrea.

Com a resultat, vam aconseguir crear una institució única i d' alt nivell. Combina grups experimentals i teòrics així com recerca aplicada. Aquest institut està finançat en part per Gazprombank, en part per l'estat en diverses formes. En qualsevol cas, aquest és l'exemple que la ciència russa hauria de seguir sense aturar-se en res.

Conquerir nous territoris

En l'actual etapa de desenvolupament d'Internet quàntica, només es poden anomenar tecnologies de protecció de dades que utilitzen criptografia quàntica. Aquestes xarxes avui en dia són connexions punt a punt força simples. Els científics pretenen crear solucions col·laboratives que combinin diferents canals i mètodes d'encriptació.

Si seguiu la implementació de la idea, els resultats dels investigadors russos seran més significatius. Un exemple és el detector d'emissor d'un sol fotó que s'està desenvolupant a l'Institut Kurtxatov.

Per a l'existència d'un descobriment com l'Internet quàntic, els científics han de resoldre les dificultats de combinar equips especials per a la transmissió de dades quàntiques i les xarxes de telecomunicacions existents avui en dia.

Els principals problemes es troben en la solució de la commutació i l'amplificació del senyal. Si envieu informació basada en quàntics a través d'una fibra òptica estàndard, no passarà pel regenerador. Per tant, una solució és convertir el senyal en un de elèctric i després tornar a la seva posició original.

Avui el límit és de tres-cents quilòmetres. Aquesta és la distància a la qual cal regenerar el senyal òptic. També necessitem un prototip de commutador quàntic. La quantitat total de tasques problemàtiques només es pot resoldre en un termini de deu anys. No obstant això, en els cercles científics discuteixen sobre la possibilitat de "sellar" la Internet quàntica. Què pot aportar i com pot ajudar? Avui no hi ha una resposta inequívoca, però la solució al problema d'introduir i portar aquestes tecnologies al ciutadà mitjà sens dubte millorarà la seva qualitat de vida i seguretat.

S'acosta una nova era

La Xina ha establert avui un projecte ambiciós per fer una transmissió de xarxa quàntica de 1.200 quilòmetres mitjançant satèl·lit.

En aquests moments s'ha assolit una distància màxima de cent quilòmetres. Els científics han desenvolupat com protegir el senyal dels efectes de les condicions meteorològiques. Tanmateix, és més probable que aquesta sensació estigui relacionada no amb la teletransportació, que augmenta cada any, sinó amb la criptografia quàntica, és a dir, un nou sistema de xifratge de dades.

Un codi quàntic no es pot piratejar, més precisament, quan es pirateja, la informació desapareix. A l'era de la guerra cibernètica, això significa invulnerabilitat. La criptografia quàntica ha estat utilitzada durant molt de temps per aquells que busquen garantiesseguretat. Com, per exemple, fa uns anys, els bancs suïssos van començar a intercanviar dades sobre els seus clients mitjançant una xarxa quàntica. Avui es limiten a una distància de diverses desenes de quilòmetres. El Centre Quàntic de Rússia s'està preparant per introduir el mateix sistema, així com per dominar la transmissió d'un senyal quàntic mitjançant un satèl·lit espacial.

Introducció i implementació

Mentrestant, la primera xarxa d'Internet quàntica es va posar en marxa a Sant Petersburg entre dos edificis universitaris a Rússia.

La informació es transmet mitjançant les lleis de la física quàntica. Les corporacions i els governs més intel·ligents estan invertint en aquesta àrea. La futura tecnologia de transferència d'informació s'està implementant sobre la base de l'existent. Cable de fibra òptica, ordinador conegut, però un encaminador i un generador de fotons nous.

L'existència de la nova Internet comença amb un làser, on es troba la font dels fotons únics. Tenen una bona propietat per transmetre informació de manera segura. No es pot dividir un sol fotó. La clau està formada de tal manera que la lectura no és possible. Per convertir un fotó en un portador d'informació, el sistema canvia el seu estat, la fase d'oscil·lació de l'ona d'impuls. Avui, el nivell de desenvolupament de la tecnologia quàntica és comparable al que semblaven les comunicacions mòbils fa trenta anys, passaran de cinc a deu anys més i els quants de fotons ens podran oferir una informació segura a Internet.

Internet quàntic a Kazan

S'ha llançat una xarxa d'Internet quàntica a Tatarstan, el seu lloc experimental es troba a Kazan. Aquest programaés un assoliment important en el desenvolupament de les comunicacions quàntiques a Rússia. Segons els científics, és absolutament immune als atacs dels pirates informàtics.

Avui, la protecció de la nostra xarxa d'Internet es basa en el xifratge d'algoritmes matemàtics, però fins i tot el codi més complex es pot trencar. Com més potents siguin les habilitats informàtiques dels pirates informàtics, més fàcil i ràpid serà calcular l'algoritme d'encriptació.

La tecnologia descrita a l'article es convertirà en una nova estructura de seguretat de xarxa. Quantum Internet a Kazan es combinarà en quatre nodes a una distància de 30-40 quilòmetres entre si. El cost de triar entre dos punts és d'uns cent mil dòlars. En l'apartat experimental, la xarxa va mostrar una velocitat d'Internet quàntica de 117 kb/s amb una distància de dos quilòmetres i mig. Aquest resultat és un ordre de magnitud superior al dels assaigs europeus. A la xarxa, la taxa de pèrdua de transmissió dels bits quàntics al canal òptic era de vint dB. Això equival a una línia de cent quilòmetres.

Val la pena destacar que aquest projecte implica la línia operativa de la xarxa de telecomunicacions de la infraestructura de Tattelecom.

La xarxa connectarà ciutats

El 2017 està previst iniciar un projecte per introduir noves tecnologies. Internet quàntic a Tatarstan permetrà connectar oficines a diferents ciutats. Aquesta és una de les principals tasques establertes pel Kazan Quantum Center KNITU-KAI i el seu líder. Observant els seus èxits, un creu sens dubte que aquest serà el cas.