Квантовые компьютеры — это новый класс вычислительных устройств, которые благодаря использованию квантовых эффектов способны решать задачи, недоступные самым мощным.
Публикации
- Подписка на дайджест
- Австралийцы создали прототип «квантового интернета»
- До конца года в России построят ещё 1400 км квантовой сети
- Интернет будущего уже близко: физики построили сверхбезопасную квантовую сеть городского масштаба
Ученые нашли фотонную связь, позволяющую создать кремниевый квантовый интернет
Квантовые компьютеры — это новый класс вычислительных устройств, которые благодаря использованию квантовых эффектов способны решать задачи, недоступные самым мощным. Квантовая криптография включает в себя использование законов квантовой физики для создания закрытого ключа для кодирования и декодирования сообщений — процесс. Надежные источники одиночных фотонов считаются одним из важнейших компонентов квантовых вычислительных устройств и систем квантовой защищенной связи. Американские учёные из Принстонского университета приблизились к созданию скоростного квантового интернета. С использованием свойств квантовой физики, квантовый Интернет обещает революцию в области вычислений и связи.
Содержание
- Квантовая сеть — Википедия
- Квантовую телепортацию осуществили на рекордное для городской сети связи расстояние
- Передача квантовой информации
- Научная Россия/Взгляд в будущее: квантовый интернет
Российский квантовый центр и VK будут развивать квантовые вычисления в облаке
Однако и квантовые компьютеры, и квантовый интернет основаны на одном и том же фундаментальном компоненте: кубите. Ректор МГУ Виктор Садовничий рассказал президенту Владимиру Путину о создании межуниверситетской квантовой сети. Дроны легко перемещаются, их запуск быстр и дешев, поэтому в будущем планируется создавать целые эскадрильи дронов для обеспечения глобального квантового интернета. Основное преимущество квантового интернета перед обычным — высокий уровень защищенности. На ее основе планируется создание «квантового интернета». Одна из ключевых задач стратегического проекта «Квантовый интернет» — подготовка кадров для цифровой экономики в рамках одноименного федерального проекта.
В США придумали, как сделать квантовый интернет более доступным
Сеть национальных лабораторий в США работает над созданием квантового интернета, который позволил бы не только обмениваться данными по абсолютно безопасному каналу, но. Квантовый телефон, квантовый шифровальщик и квантовый же генератор случайных чисел — будущее, которое уже используется и даже продается. Квантовая криптография включает в себя использование законов квантовой физики для создания закрытого ключа для кодирования и декодирования сообщений — процесс. Смотрите видео онлайн «Квантовые компьютеры и квантовый интернет изменят нашу жизнь!» на канале «Искусственный Интеллект: Цифровые Фракталы и Будущие Отражения» в хорошем.
«Квантовые технологии и квантовый компьютер»: запись трансляции, видеоитоги.
Это изобретение приближает нас на шаг ближе к созданию квантового интернета, где данные будут передаваться со скоростью человеческой мысли. Последствия развития квантового интернета трудно представить и переоценить: он превосходит возможности и потенциал существующей сети буквально в миллиарды раз. Открытие квантовой памяти при комнатной температуре приблизило человечество к интернету нового поколения. Смотрите прямой эфир и другие видео Первого канала без интернет-рекламы.
Квантовые компьютеры и квантовый интернет изменят нашу жизнь!
Более того, в то время как пользователей соединяет всего один канал, каждый может передать секретную информацию каждому, то есть топология логической связи, несмотря на простую физическую имплементацию, — это полный граф [2]. Япония начала работу над созданием глобальной квантовой криптосети Япония начала работу над глобальным сервисом квантового распределения ключей. В рамках проекта до 2024 года планируется построить сеть, включающую более 100 квантовых криптографических устройств и 10000 пользователей по всему миру. Об этом стало известно 29 июля 2020 года. Также будут разработаны четыре технологии: Технология квантовой связи Quantum Communications Link Technology , реализующая высокоскоростное, магистральное, высокодоступное соединение в квантовых криптографических сетях связи ; Технология доверенных узлов Trusted Node Technology , обеспечивающая надежность и защиту от взлома систем управления криптографическими ключами, а также повышающая конфиденциальность, целостность и доступность квантовых криптографических коммуникаций; Технология квантового реле Quantum Relay Technology , расширяющая расстояния и защищающая реле криптографических ключей на земле; Технология построения и эксплуатации глобальных сетей, управляющая и контролирующая глобальные и крупномасштабные квантовые криптографические сети связи.
Квантовое шифрование видит ключи зашифрованными в квантовом состоянии частицы, зачастую запутанного фотона. Поскольку в квантовой механике измерение квантового состояния приводит к его изменению, можно узнать, пытался ли кто-то увидеть квантовый ключ. Это позволит выявлять скомпрометированные ключи и принимать соответствующие меры. В то время как основы квантового шифрования хорошо понятны, и даже были проведены демонстрации квантового распределения ключей между Землей и космосом, совместное использование и распределение ключей по-прежнему является редкостью.
Над глобальным сервисом квантового распределения ключей работают компании Toshiba и NEC , а также несколько японских университетов. Источник напомнил, что 23 июля 2020 года в Чикагском университете был представлен проект квантового интернета. Согласно плану, примeрно чeрeз год ученыe должны создать квантовый канал связи между лабораторией Чикагского унивeрситeта и Национальной лабораторией имeни Фeрми в Батавии Чикаго , США. Квантовое распределение ключей — метод передачи ключа, предполагающий использование квантовых явлений для обеспечения безопасной связи.
Этот метод позволяет двум сторонам, соединенным по открытому каналу связи, создавать известный только им общий случайный ключ и использовать его для шифрования и расшифрования сообщений [3]. Старт разработки квантового интернета в США В конце июля 2020 года Министерство энергетики США представило стратегию разработки национального квантового интернета , который невозможно будет взломать. Власти сотрудничают с университетами и отраслевыми исследователями и обещают создать решение в течение десяти лет. Подробнее здесь.
РВК предоставила 300 млн рублей на разработку платформы для квантового интернета в России В конце апреля 2020 года стало известно о том, что РВК предоставила Университету ИТМО грант в размере 300 млн рублей на разработку платформы для квантового интернета. Речь идёт об аппаратно-программном решении под названием «Квантовая коммуникационная платформа цифровой экономики», которое развивается при поддержке РЖД.
С помощью облачной платформы на нем был запущен алгоритм расчета простой молекулы. Процессор разработала команда ученых Физического института им. Лебедева РАН ФИАН и Российского квантового центра при координации «Росатома» в рамках правительственной дорожной карты «Квантовые вычисления», за реализацию которой отвечает госкорпорация. Как рассказал на пленарной сессии научный сотрудник лаборатории «Оптика сложных квантовых систем» ФИАНа Илья Семериков, разработка началась в 2015 году с создания ловушек и попыток удержать в них ионы. С тех пор они с коллегами три года практически живут в лаборатории. У ФИАНа есть ряд идей, но на их реализацию потребуется не менее 10 лет.
Удешевить инфраструктуру обещает новая технология. Источник изображения: University of Chicago Исследователи из Чикагского университета, Аргоннской национальной лаборатории и Кембриджского университета утверждают, что им удалось найти прорывное решение: они буквально растягивают алмаз, изменяя его молекулярную решетку. Растяжение крайне незначительное, но этого оказалось достаточно, чтобы улучшенная структура обзавелась очень и очень многообещающими свойствами. Как известно, чтобы передать квантовую запутанность для сверхпроводящих кубитов необходимо защитить их от всех возможных помех. Для этого ретранслятор кроме всего прочего должен быть охлаждён до температуры менее одного кельвина. С кубитами на фотонах всё намного проще — там такие запредельно низкие температуры не нужны, что позволяет, например, уже пользоваться сетями с квантовой криптографией в России и в Китае.
Но что это такое? Мы все ближе к квантовому Интернету. Квантовый интернет Еще в феврале 2020 года ученые из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США и Чикагского университета обнаружили, что они достигли квантовой запутанности — в которой поведение пары двух крошечных частиц становится связанным, так что их состояния идентичны — это произошло в 83,7 километровой сети с квантовыми петлями в пригороде Чикаго. Вам может быть интересно, о чем весь этот шум, если вы не ученый, знакомый с квантовой механикой — то есть с поведением материи и энергии в наименьшем масштабе реальности, который особенно отличается от мира, который мы можем видеть вокруг нас. Подвиг исследователей может стать важным шагом в разработке новой, гораздо более мощной версии Интернета в ближайшие несколько десятилетий. Вместо битов, которые использует современная сеть, которые могут выражаться только значениями 0 или 1, будущий квантовый Интернет будет использовать кубиты квантовой информации, которые могут принимать бесконечное число значений. Кубит — это единица информации для квантового компьютера. Это дало бы квантовому интернету большую пропускную способность, что позволит подключать сверхмощные квантовые компьютеры и другие устройства и запускать приложения, которые просто невозможны с имеющимся у нас Интернетом. Что такое квантовый интернет? Так зачем нам он и что он делает?
Ученые из Америки создадут интернет на основе квантовой физики
Результат — транзистор и лазерные технологии, позднее — пользовательские компьютеры и другие цифровые устройства. Считается, что сегодня мы стоим на пороге второй квантовой революции. Одна из ее ключевых задач — разработка универсального квантового компьютера, способного производить вычисления, недоступные для существующей техники. Сложность заключается в том, что для этого необходимо создать систему, обладающую, на первый взгляд, несочетаемыми свойствами.
С одной стороны, квантовый компьютер должен быть достаточно большим, чтобы обрабатывать огромные объемы данных. С другой, увеличение размера не должно приводить к потере квантовых свойств.
И только когда ей придет полноценный квантовый фрагмент информации — будет ясно, что эти данные идут от источника, и никто другой их не трогал. Обхитрить квантовую передачу данных не получится даже у злоумышленника с квантовым компьютером.
А поскольку таких компьютеров в мире уже десятки , и у последних из них уже больше тысячи кубитов , вопросы квантовой защиты информации становятся всё более острыми. Что такое квантовый интернет? Пока что квантовый интернет выглядит так Квантовый интернет — это сеть квантовых компьютеров или, точнее, квантовых дата-центров , которые будут вычислять, получать, а главное — пересылать данные, закодированные в виде квантовых состояний. Он не заменит наш текущий интернет, но станет его дополнением, позволяя быть уверенными в сохранности самой важной информации.
Главная задача такого интернета — квантовая криптография. Но будут также и другие бонусы: более высокая скорость передачи данных, возможность вести квантовые вычисления в облаке и способность разных групп ученых по всему миру проводить сложные научные работы, от поиска параметров черных дыр до нахождения новых частиц и комбинаций молекул. Их данные могут телепортироваться без необходимости сначала быть обработанными и измеренными. Хотя свойства и возможности квантового интернета еще не до конца известны, многие его составляющие уже были обоснованы теоретически, а некоторые, такие как квантовое распределение ключей, уже даже созданы на практике.
Пока неясно, когда удастся развернуть полномасштабный глобальный квантовый интернет, но исследователи считают, что государственные квантовые сети для обмена самой важной информацией будут реализованы в США уже в ближайшие 10-15 лет. Над этим работают несколько организаций, в основном базирующихся в Чикаго. Этот город а также китайский Хэфэй обещает стать ключевым при разработке сетей нового поколения. Можно ожидать, что в будущем мы станем слышать о нём все чаще.
Тем не менее вряд ли даже в отдаленном будущем у обычных пользователей появятся персональные квантовые компьютеры. На ПКК нет смысла сидеть в интернете или играть в игры. Вместо этого они будут размещены в университетах, крупных компаниях и дата-центрах, где к ним можно будет получить доступ через облачный сервис, и использоваться отчасти также, как сейчас суперкомпьютеры Google: для проведения передовых исследований, развития науки, хранения и обмена важными данными. Квантовые компьютеры лучше всего подходят под исследования явлений из реального мира — сложных систем со многими составляющими.
Взаимодействие атомов и молекул, поведение фотонов, кварков и глюонов. А квантовый интернет позволит обмениваться этой информацией, не преобразуя её в простые нули и единицы, в результате чего неизбежно теряется часть данных. Как работает квантовый интернет? Ключевое понятие квантовой физики — «запутанность».
Если две частицы запутаны связаны, спутаны, entangled друг с другом, то независимо от того, как далеко они находятся одна от другой, они будут иметь схожие характеристики — например, одинаковый «спин», то есть направление вращения частиц. Причины появления «запутанности» частиц называются разные, но проще всего посчитать, что поведение этих частиц, связанных друг с другом, описывается одной и той же волновой функцией. Просто до их измерения мы не знаем, какой. Состояние запутанных частиц неизвестно до момента их наблюдения.
Известно только, что оно одинаковое. Когда находят параметры одной из частиц, становятся известны и характеристики второй частицы. Этот простой физический факт позволит интернету будущего стать безопасным даже от взлома квантовыми компьютерами. Hidden text Передача квантовых данных о частицах всё еще осуществляется по сетям, всё еще со скоростью света по классическому каналу связи.
Но называется « квантовой телепортацией » — потому что так условились ученые еще с 1993 года. В скором времени, в связи с развитием интернета нового поколения, в онлайн-изданиях станет появляться всё больше новостей о телепортации. Но стоит помнить, что это просто передача квантового состояния частицы через обычную сеть что, правда, тоже сделать очень непросто — ведь это состояние частиц нужно сначала превратить в нули и единицы, а потом «собрать» назад, ничего не потеряв и не изменив. Обычные компьютеры передают информацию с помощью битов, и к получателю по очереди приходит либо 0, либо 1, из которых тот выстраивает нужную информацию.
Кубиты вместо этого телепортируют данные через свои квантовые состояния. Спин, угловой момент вращения элементарных частиц, — самый простой вариант из таких состояний. Но даже в нём можно закодировать немало данных. Если рассматривать направление вращения как маленькую стрелку компаса, направленную либо вниз, либо вверх, можно кодировать в нём информацию, руководя этой иглой.
Правда, в данном случае данные записываются не в виде четких значений, а в виде комбинаций из возможных состояний. Исследователи уже научились это делать — записывать информацию в состояниях фотонов или электронов, а потом телепортировать эти данные через интернет и извлекать их. Пока что дистанции не впечатляют, чаще всего составляя несколько десятков километров. Но направление движения понятно.
Дистанции увеличатся, и технология станет доступна большинству из тех, кому она нужна. На что способен квантовый интернет? Квантовый компьютер сам по себе — огромное достижение человечества, сравнимое с полетом в космос. Программировать фотонами или ядрами атомов — до такого не додумались даже лучшие научные фантасты.
Если правильно дать задачу квантовому компьютеру с достаточным числом кубитов, становятся тривиальными даже факторизация больших чисел или решение сложных логистических проблем см. Ожидается, что квантовые машины будут полезны для криптографии, открытия новых видов лекарств, новых молекул и новых материалов, в том числе для солнечных батарей. В разработке находятся несколько десятков видов кубитов, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Наиболее распространены квантовые точки, ионные ловушки, сверхпроводящие цепи и дефектные спиновые кубиты.
Чтобы раскрыть полный потенциал технологии, квантовый компьютер должен иметь возможность обрабатывать большое количество кубитов — тысячи или десятки тысяч. В идеале, кубитов разных типов — для разных задач. Это возможно при условии, что несколько квантовых компьютеров будут объединены через квантовый интернет — что позволит создать гораздо более мощную систему.
Дополнительно новая разработка будет служить интересам национальной безопасности. В подробном отчёте под названием «From Long-distance Entanglement to Building a Nationwide Quantum Internet» описаны все первостепенные задачи, возлагаемые на квантовую Сеть, а также затронуты нюансы создания и интеграции нововведения. Однако США не единственные, кто работает в этом направлении.
Скорее это дополнение к нему. Он мог бы позаботиться о некоторых проблемах, которые мешают нынешнему интернету. Например, квантовый интернет обеспечит большую защиту от хакеров и киберпреступников. Прямо сейчас, если Алиса в Нью-Йорке отправляет сообщение Бобу в Калифорнии через Интернет, это сообщение проходит более или менее по прямой линии от одного побережья к другому. Попутно сигналы, которые передают сообщение, ухудшаются; повторители читают сигналы, усиливают и исправляют ошибки. Но этот процесс позволяет хакерам «взломать» и перехватить сообщение. У квантовых сообщений нет этой проблемы. Квантовые сети используют частицы легких фотонов для отправки сообщений, которые не подвержены кибератакам. По словам Рэя Ньюэлла, исследователя из Национальной лаборатории Лос-Аламоса, вместо того, чтобы шифровать сообщение с использованием математической сложности, мы будем полагаться на особые правила квантовой физики. С квантовой информацией, «вы не можете скопировать или разделить ее, и вы даже не можете посмотреть на нее, не изменив ее».