Internet Kuantum - apakah itu, bagaimana ia berfungsi? Kelebihan. rangkaian kuantum

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-17 10:36

Kajian terkini yang dijalankan oleh saintis Eropah dan Rusia telah menunjukkan bahawa pergerakan maklumat kuantum dan klasik boleh berjaya wujud bersama dalam sempadan talian penghantaran data gentian optik yang sama. Ini memungkinkan pada masa hadapan untuk peralihan beransur-ansur daripada Internet biasa, kepada rangkaian berdasarkan paradoks zarah asas, rangkaian Internet kuantum.

Mempercepatkan penyelidikan

Revolusi sedang berkembang dalam industri komputer. Ahli fizik di Universiti Pennsylvania telah berkata bahawa cip silikon konvensional akan mencapai hadnya dalam masa empat tahun. Ia tidak mungkin untuk mengurangkannya lagi, jadi komputer biasa tidak mempunyai masa yang lama untuk hidup.

Ia akan digantikan oleh teknologi baru yang asasnya, komputer kuantum. Daripada cip akan terdapat zarah asas. Terima kasih kepada ini, adalah mungkin untuk mengurangkan saiz secara drastik dan meningkatkan produktiviti. Setakat ini, prototaip ini tidak lebih pantas daripada komputer yang lemah, tetapi ia hanya menunggu masa. Sebaliknya, menggunakan potensi yang paling berkuasa, ia akan menjadi mungkin untuk menyelesaikan dengan lebih cepatmasalah dan kesukaran dalam pelaksanaan Internet kuantum yang asasnya baharu.

Misteri internet kuantum

Bagaimanakah internet kuantum berfungsi? Apakah itu dan apakah intipatinya? Perbezaannya ialah ia berdasarkan undang-undang mekanik kuantum. Ia telah diterima oleh saintis sebagai medan panas dan tegang yang boleh digunakan untuk menggambarkan fenomena yang tidak difahami sepenuhnya. Salah satunya ialah kesan fotoelektrik.

Paradoks fizik kuantum dalam perkhidmatan manusia

Hari ini jelas: dalam masa terdekat fenomena seperti Internet kuantum akan masuk. Apa yang boleh dibawa oleh ini kepada kita atau bagaimana ia akan berlaku? Mungkin ini akan menjadi satu lagi lonjakan, serupa dengan pengenalan transistor semikonduktor pada masa lalu.

Prinsipnya adalah berdasarkan sifat superposisi dan jalinan kuantum. Ia tidak mempunyai putaran yang pasti, dan apabila mengukur satu, yang kedua menunjukkan sebaliknya. Untuk pemahaman yang lebih lengkap, ini bermakna setiap zarah asas yang membawa maklumat tidak dapat dilihat dengan pasangannya yang "terjerat". Selain itu, jarak antara mereka tidak memainkan apa-apa peranan, maklumat dihantar serta-merta.

Menggunakan undang-undang anomali ini, peluang besar terbuka dalam kelajuan dan kerahsiaan pemindahan data. Adalah mustahil untuk memintas maklumat yang dihantar dengan cara ini tanpa disedari: sebarang bacaan meninggalkan kesan atau memusnahkan maklumat asal.

Kelajuan lebih pantas daripada sangka

Bagi data terkini tentang pengukuran kelajuan pemindahan data, ia memukau imaginasi kami. Ia melebihi kelajuan cahaya sebanyak sepuluhseribu kali. Tetapi, kemungkinan besar, saintis pada masa hadapan akan mendapati bahawa kelajuan penghantaran isyarat jauh lebih tinggi daripada yang ditentukan sebelumnya, seperti Internet kuantum. Apakah maksudnya? Apa yang boleh diberikan oleh ini kepada kita? Mungkin penghantaran isyarat ke jarak yang tidak dapat difikirkan sebelum ini di angkasa dan penemuan baharu.

Teknologi baharu dalam foton

Dalam teknologi menukar foton kepada pembawa maklumat, saintis Rusia telah menemui penggunaan kristal yang ditanam secara buatan, iaitu berlian.

Ternyata apabila cahaya melalui kristal, ia memperoleh sifat cecair dan mula membentuk titisan, pusaran, gelombang. Ia boleh diarahkan melalui mana-mana saluran. Secara umum, ia berkelakuan seperti cecair. Termasuk ia boleh merebak pada kelajuan yang sangat perlahan atau berhenti.

Ini sangat menarik di satu pihak dan sangat penting, kerana ia membolehkan anda memanipulasi cahaya dan melakukan apa sahaja, termasuk mendapatkan fenomena seperti rangkaian Internet kuantum. Ini membolehkan ia digunakan sebagai ejen pemindahan maklumat. Kini pembawa utamanya ialah cas elektrik. Tetapi ia adalah objek yang tidak sempurna. Oleh itu, sebarang pergerakan atau pecutan cas elektrik membawa kepada kehilangan tenaga yang masuk ke persekitaran dan memanaskan elemen pemproses dan litar mikro.

Internet itu sendiri menelan belanja manusia lebih daripada 5% daripada tenaga yang dihasilkannya. Oleh itu, penggantian elektron dengan foton idealnya akan membawa kepada pengurangan kehilangan sejumlah besar tenaga. Sehubungan itu, kos Internet itu sendiriakan jatuh.

Internet Kuantum di Rusia

Bekerja di Rusia di internet kuantum adalah unik. Walaupun pembiayaan rendah dan pelbagai halangan, saintis telah menjalankan eksperimen yang mencukupi dan mencapai kedudukan utama dalam bidang ini.

Hasilnya, kami berjaya mencipta sebuah institusi peringkat tinggi yang unik. Ia menggabungkan kumpulan eksperimen dan teori serta penyelidikan gunaan. Institut ini dibiayai sebahagiannya oleh Gazprombank, sebahagiannya oleh kerajaan dalam pelbagai bentuk. Walau apa pun, inilah contoh yang harus diikuti oleh sains Rusia tanpa berhenti pada apa-apa.

Menakluk wilayah baharu

Pada peringkat semasa pembangunan Internet kuantum, hanya teknologi perlindungan data menggunakan kriptografi kuantum boleh dinamakan. Rangkaian sedemikian hari ini adalah sambungan titik-ke-titik yang agak mudah. Para saintis berhasrat untuk mencipta penyelesaian kolaboratif yang menggabungkan saluran dan kaedah penyulitan yang berbeza.

Jika anda mengikuti pelaksanaan idea tersebut, hasil penyelidik Rusia akan menjadi lebih ketara. Satu contoh ialah pengesan pemancar foton tunggal yang sedang dibangunkan di Institut Kurchatov.

Untuk kewujudan penemuan seperti Internet kuantum, saintis perlu menyelesaikan kesukaran menggabungkan peralatan khas untuk penghantaran data kuantum dan rangkaian telekomunikasi yang sedia ada hari ini.

Isu utama terletak pada penyelesaian pensuisan dan penguatan isyarat. Jika anda menghantar maklumat berasaskan kuantum melalui gentian optik standard, maka ia tidak akan melalui penjana semula. Oleh itu, satu penyelesaian ialah menukar isyarat menjadi isyarat elektrik dan kemudian kembali ke kedudukan asalnya.

Hari ini hadnya ialah tiga ratus kilometer. Ini adalah jarak yang diperlukan untuk menjana semula isyarat optik. Kami juga memerlukan prototaip suis kuantum. Jumlah tugas bermasalah boleh diselesaikan hanya dalam tempoh sepuluh tahun. Walau bagaimanapun, dalam kalangan saintifik mereka berhujah tentang kemungkinan "memukul" Internet kuantum. Apa yang boleh dibawa dan bagaimana ia boleh membantu? Hari ini tiada jawapan yang jelas, tetapi penyelesaian kepada isu memperkenalkan dan membawa teknologi sedemikian kepada rakyat biasa pasti akan meningkatkan kualiti hidup dan keselamatannya.

Era baharu akan datang

China telah menetapkan projek bercita-cita tinggi hari ini untuk membuat penghantaran rangkaian kuantum sejauh 1200 kilometer menggunakan satelit.

Jarak maksimum seratus kilometer telah dicapai pada masa ini. Para saintis telah membangunkan cara untuk melindungi isyarat daripada kesan keadaan meteorologi. Walau bagaimanapun, sensasi ini lebih berkemungkinan tidak berkaitan dengan teleportasi, yang semakin meningkat setiap tahun, tetapi dengan kriptografi kuantum, dengan kata lain, sistem penyulitan data baharu.

Kod kuantum tidak boleh digodam, lebih tepat lagi, apabila ia digodam, maklumat akan hilang. Dalam era peperangan siber, ini bermakna kebal. Kriptografi kuantum telah lama digunakan oleh mereka yang mencari jaminankeselamatan. Bagaimana, sebagai contoh, beberapa tahun yang lalu, bank Switzerland mula bertukar-tukar data tentang pelanggan mereka melalui rangkaian kuantum. Hari ini mereka terhad kepada jarak beberapa puluh kilometer. Pusat Kuantum Rusia sedang bersedia untuk memperkenalkan sistem yang sama, serta menguasai penghantaran isyarat kuantum melalui satelit angkasa.

Pengenalan dan pelaksanaan

Sementara itu, rangkaian Internet kuantum pertama dilancarkan di St. Petersburg antara dua bangunan universiti di Rusia.

Maklumat dihantar menggunakan undang-undang fizik kuantum. Syarikat dan kerajaan yang paling bijak kini melabur dalam bidang ini. Teknologi pemindahan maklumat masa hadapan sedang dilaksanakan berdasarkan yang sedia ada. Kabel gentian optik, komputer biasa, tetapi penghala dan penjana foton baharu.

Kewujudan Internet baharu bermula dengan laser, di mana sumber foton tunggal terletak. Mereka mempunyai harta yang baik untuk menghantar maklumat dengan cara yang selamat. Satu foton tidak boleh dibahagikan. Kuncinya dibentuk sedemikian rupa sehingga membaca tidak dapat dilakukan. Untuk menukar foton menjadi pembawa maklumat, sistem menukar keadaannya, fasa ayunan gelombang impuls. Hari ini, tahap pembangunan teknologi kuantum adalah setanding dengan rupa komunikasi mudah alih tiga puluh tahun yang lalu, lima hingga sepuluh tahun lagi akan berlalu dan photon quanta akan dapat memberi kita Internet maklumat yang selamat.

Internet Kuantum di Kazan

Rangkaian Internet kuantum telah dilancarkan di Tatarstan, tapak percubaannya terletak di Kazan. Program inimerupakan pencapaian penting dalam pembangunan komunikasi kuantum di Rusia. Menurut saintis, dia benar-benar kebal terhadap serangan penggodam.

Hari ini, perlindungan rangkaian Internet kami adalah berdasarkan penyulitan algoritma matematik, tetapi kod yang paling kompleks pun boleh dipecahkan. Lebih berkuasa kebolehan pengkomputeran penggodam, lebih mudah dan pantas untuk mengira algoritma penyulitan.

Teknologi yang diterangkan dalam artikel akan menjadi struktur keselamatan rangkaian baharu. Internet Kuantum di Kazan akan digabungkan menjadi empat nod pada jarak 30-40 kilometer antara satu sama lain. Kos memilih antara dua mata adalah kira-kira seratus ribu dolar. Dalam bahagian eksperimen, rangkaian menunjukkan kelajuan internet kuantum 117 kb/s dengan jarak dua setengah kilometer. Keputusan ini adalah susunan magnitud yang lebih tinggi daripada percubaan Eropah. Dalam rangkaian, kadar kehilangan penghantaran bit kuantum dalam saluran optik ialah dua puluh dB. Ini bersamaan dengan garisan sepanjang seratus kilometer.

Perlu diingat bahawa projek ini melibatkan talian pengendalian rangkaian telekomunikasi infrastruktur Tattelecom.

Rangkaian akan menghubungkan bandar

Pada 2017, ia dirancang untuk memulakan projek untuk memperkenalkan teknologi baharu. Internet Kuantum di Tatarstan akan membolehkan pejabat menyambung di bandar yang berbeza. Ini adalah salah satu tugas utama yang ditetapkan oleh Pusat Kuantum Kazan KNITU-KAI dan ketuanya. Melihat kejayaan mereka, seseorang percaya tanpa ragu-ragu bahawa ini akan berlaku.