Группа физиков из Российского квантового центра и Физического института имени Лебедева впервые показала, как может быть организован онлайн-доступ к отечественному ионному.
В США придумали, как сделать квантовый интернет более доступным
"Росатом" сообщил, что планирует к 2030 создать "квантовый интернет" на основе квантовых компьютеров. Но самое главное: создатели машины также подключили её к интернету. То есть столь мощный квантовый компьютер впервые стал доступен для общественности. А квантовый интернет позволит обмениваться этой информацией, не преобразуя её в простые нули и единицы, в результате чего неизбежно теряется часть данных.
В 2022 году Росатом представит проект «дорожной карты» по созданию квантового Интернета
Главной задачей в период с 2025 по 2030 годы станет объединение первых квантовых процессоров в общую сеть и создание на ее базе квантового Интернета. Им удалось впервые сохранить и извлечь данные с квантовых компьютеров, что станет основой для передачи квантовой информации на большие расстояния. Квантовые компьютеры — это новый класс вычислительных устройств, которые благодаря использованию квантовых эффектов способны решать задачи, недоступные самым мощным. Появление квантового Интернета решит проблему «полярных» функций компьютера будущего. Появление квантового интернета откроет широчайшие перспективы по ускорению производительности устройств. 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.
| Лучшие друзья интернета: как алмазы помогут создать квантовую сеть будущего | Доступ к квантовым компьютерам будет обеспечен в режиме 24/7 через обычный браузер. |
| Совершена первая в истории успешная передача квантовой информации | С использованием свойств квантовой физики, квантовый Интернет обещает революцию в области вычислений и связи. |
| Квантовая футурология | В России к 2030 году планируют создать общую сеть квантовых компьютеров, на основе которых будет функционировать «квантовый интернет». |
| VK будет развивать квантовые вычисления на своей облачной платформе | Новости 14 июля 2023 г. | Американские учёные из Принстонского университета приблизились к созданию скоростного квантового интернета. |
| Стратегический проект «Квантовый интернет» — Университет — МИСИС | Исследователи из Национальной лаборатории Ок-Риджа Министерства энергетики, Freedom Photonics и Университета Пердью добились успехов в направлении квантового Интернета. |
Как будет развиваться квантовый интернет
Благодаря сверхвысокой скорости квантовые вычисления позиционируются как решение мировых проблем в разработке новых лекарств, понимании свойств материалов и оптимизации финансовых рисков. Квантовые компьютеры, созданные сегодня, уже намного опережают своих двоичных аналогов и постоянно совершенствуются за счет добавления большего количества квантовых битов в пакеты обработки и исправления ошибок. Но эти достижения не будут значить ничего, если ученые не смогут надежно передавать квантовые данные по сети. При этом квантовые данные склонны к потерям при передаче на большие расстояния из-за своей природы. Вот почему ученые ищут способы разделить сеть на более мелкие сегменты и соединить их, чтобы они имели одно и то же квантовое состояние. Что умеют программные роботы Современные сети передачи данных в интернете сталкиваются с той же проблемой. Они оснащены ретрансляторами или усилителями, которые считывают и усиливают сигнал, чтобы он оставался неизменным на дальних расстояниях. Однако классические ретрансляторы непригодны для квантовых данных, поскольку любая попытка их считывания или копирования разрушит их. Следовательно, для передачи данных на большие расстояния квантовая информация должна сохраняться и извлекаться по всей сети, что требует наличия устройства квантовой памяти.
В отличие от обычного, такой интернет использует квантовые сигналы вместо радиоволн. И пока что в теории он может обеспечить самую безопасную связь следующего поколения. Но реален ли он в глобальных масштабах? Согласно новому эксперименту, проведенному с помощью спутников на орбите и станции на земле, да. Все реально.
На этом сходство заканчивается. Двоичный бит —логический тип данных, 0 или 1. Кубит может иметь оба значения одновременно. Это позволяет ему хранить в себе больше информации. Один кубит может хранить два значения, два кубита четыре значения, три кубита восемь значений, четыре кубита шестнадцать значений и т. С ростом числа кубитов экспоненциально увеличивается объём хранимой в них информации. Физики телепортировали данные между тремя узлами, тогда как прежде могли сделать это только между двумя. В результате телепортация кубитов может происходить между несколькими местами.
Однако для передачи запутанных фотонов на большие расстояния требуются два устройства: одно для их создания, а второе для хранения и извлечения в сети передачи данных. Ученые уже пытались создать такие устройства, однако сталкивались с двумя основными проблемами: генерация запутанных фотонов по требованию и разработка совместимой квантовой памяти для их хранения. Основная сложность заключалась в том, что устройства для создания и хранения фотонов работали на разных длинах волн. Из-за этого их взаимодействие было затруднено. В результате сотрудничества ученых Имперского колледжа и Университета Саутгемптона в Великобритании, а также Университета Штутгарта и Университета Вюрцбурга в Германии было разработано устройство, работающее на одной длине волны. В этом устройстве генерируются незапутанные фотоны, называемые квантовыми точками. Затем эти квантовые точки передаются в систему квантовой памяти, где их хранят с помощью атомов рубидия. Для включения и выключения памяти и выпуска фотонов по требованию использовался лазер. Что еще более важно, длина волны, которую задействует устройство, совместима с оптоволоконной инфраструктурой, которая сегодня объединяет мир.
Квантовая передача данных: как обстоят дела на сегодняшний день?
Об этом было объявлено во время дискуссии «Квантовые вычисления как ответ на глобальные вызовы» в рамках Всемирной выставки Expo 2020 в Дубае. Участниками мероприятия стали главы национальных программ по развитию квантовых технологий, представители государства, бизнеса и научного сообщества России, США, Швейцарии, Испании и Германии.
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. Запустить пилотную зону на инфраструктуре РЖД для внедрения платформы планируется в 2021 году. Идея принадлежит специалистам исследовательского центра QuTech [4].
Протокол, работающий на канальном уровне, разработан группой ученых под руководством профессора Стефани Вейнер Stephanie Wehner. Также они проработали общую концепцию квантовых сетей, которые в будущем, по их мнению, могут заменить собой традиционный интернет и локальные сети. В основе идеи специалистов QuTech лежит принцип очень быстрой обработки кубитов, поскольку они не могут находиться в памяти длительное время. Это обеспечит высокую скорость передачи информации, а явление квантовой запутанности, еще одна основа протокола, даст возможность максимально защитить передаваемые данные. Явление квантовой запутанности подразумевает взаимозависимость двух и более объектов, в данном случае кубитов, и их неразрывную связь друг с другом. Попытка перехвата данных приведет к изменению квантового состояния одного или нескольких кубитов и, как следствие, к потере передаваемой информации.
Другими словами, информацию может получить исключительно целевое устройство — несанкционированный доступ к ней исключен. Технические подробности о работе первого протокола квантовой сети Стефании Вейнер оставила в тайне. Она уточнила лишь, что для работы квантового интернета вполне сгодится физическая инфраструктура обычного интернета. По мнению исследователей, кристалл, обладающий «странными квантовыми свойствами», может применяться в том числе для создания сети следующего поколения — квантового интернета. По его словам, исследователям удалось значительно улучшить жизненно важный компонент для практического применения квантового интернета — время хранения квантовой памяти. Теоретически единицу информации квантовых компьютеров кубит можно сохранить с помощью фотонов, которые изменяют энергетические уровни атомов.
Состояния «0» и «1» обеспечиваются низкими и высокими уровнями энергии, однако считывать подобную информацию достаточно сложно — атомы могут просто разойтись или "переизлучить" фотон, содержащий кубит, в случайном направлении. В его основе лежит эрбий — ион редкоземельного элемента, квантовые свойства которого позволяют ему передавать-принимать данные посредством волн длиной 1550 нм.
Дроны легко перемещаются, их запуск быстр и дешев, поэтому в будущем планируется создавать целые эскадрильи дронов для обеспечения глобального квантового интернета. Такого рода интернет уже работает в Китае в виде квантовых сетей с оптоволоконными кабелями. Также планируется передавать "запутанные" фотоны с помощью квантового спутника.
Существуют огромные технические трудности, которые необходимо преодолеть, но можно утверждать, что квантовый интернет так же важен, как и техническая революция XX века, а она дала лазер, транзистор, атомные часы и, следовательно, GPS и Интернет. Можно соединить все эти испытательные сети через оптоволоконные и спутниковые каналы в общий квантовый интернет, охватывающий весь мир. Ее можно использовать не только для отправки зашифрованной информации, но и для подключения квантовых компьютеров для повышения их вычислительной мощности, как это делает облако для современных компьютеров. Квантовый интернет прямо сейчас находится в процессе рождения».
Учёным в России впервые дали облачный доступ к квантовому ионному компьютеру
На сегодня нет однозначного ответа, но решение вопроса о внедрении и доведении подобных технологий к рядовому жителю, однозначно повысит его качество жизни и безопасность. Новая эпоха наступает Китай на сегодня поставил амбициозный проект, сделать передачу по квантовой сети на 1200 километров, используя спутник. На данный момент достигнута дистанция максимум сто километров. Учёные разработали, как уберечь сигнал от воздействия метеорологических условий. Впрочем, эта сенсация скорее связана не с телепортацией, которая увеличивается с каждым годом, а с квантовой криптографией, другими словами, новой системой шифрования данных. Квантовый код нет возможности взломать, точнее при его взломе информация пропадает. В эпоху кибервойн это означает неуязвимость. Квантовой криптографией давно пользуются те, кто ищет гарантии безопасности. Как, например, несколько лет тому назад швейцарские банки начали обмениваться данными о своих клиентах через квантовую сеть.
На сегодня они ограничены расстоянием несколько десятков километров. Такую же систему готовится внедрять Российский квантовый центр, а также освоить передачу квантового сигнала через космический спутник. Внедрение и реализация А в это время в Петербурге между двумя зданиями университета в России запустили первую квантовую интернет сеть. Информация передаётся, используя законы квантовой физики. В эту область сейчас инвестируют самые умные корпорации и правительства. Будущая технология передачи информации внедряется на базе существующей. Оптоволоконный кабель, привычный компьютер, но новый роутер и генератор фотонов. Существование нового интернета начинается с лазера, где находится источник одиночных фотонов.
Они обладают хорошим свойством для того, чтобы передавать информацию защищённым путём. Одиночный фотон нельзя разделить. Ключ формируется таким образом, что чтение не возможно. Чтобы превратить фотон в носитель информации, система меняет его состояние, фазу колебания импульсной волны. Сегодня уровень развития квантовой технологии сопоставим с тем, как выглядела мобильная связь тридцать лет назад, ещё пройдёт пять-десять лет и кванты фотона смогут нам подарить безопасный информационный интернет. Квантовый интернет в Казани В Татарстане запустили квантовую интернет сеть, её экспериментальный участок находится в Казани. Эта программа является важным достижением в развитии квантовой связи в России. Как утверждают учёные, она абсолютно неуязвима для хакерских атак.
Сегодня защита нашей интернет сети основана на шифровании математических алгоритмов, но даже самый сложный код можно взломать.
В случае протоколов, основанных на запутывании, запутанные фотоны генерируются через спонтанное параметрическое рассеяние. В обоих случаях телекоммуникационное волокно может быть мультиплексным для отправления не квантовой синхронизации и управляющих сигналов. Сети свободного пространства[ править править код ] Квантовые сети свободного пространства подобно оптоволоконным сетям, но полагаются на угол обзора между связывающимися сторонами вместо использования оптоволоконного соединения. Сети свободного пространства обычно поддерживают более высокую скорость передачи , чем оптоволоконные сети и не учитывают поляризационную перестановку вызванную оптоволокном. Квантовая электродинамика полости[ править править код ] Телекоммуникационные лазеры и спонтанное параметрическое рассеяние , объединённые с фотодетекторами могут использоваться для квантового распределения ключей. Однако для запутанных квантовых систем важно сохранять и ретранслировать квантовую информацию, не разрушая базовые состояния. Квантовая электродинамика полости — один из возможных методов решения данной задачи.
Так, весной 2019 года группа из десятков американских ученых назовем её ESnet смогла достичь квантовой запутанности на расстоянии больше 15 километров. Передача состоялась через обычное оптоволокно, а в качестве источников квантового сигнала использовались связанные фотоны. При передаче им пришлось столкнуться с декогеренцией: запутанные фотоны, взаимодействуя с окружающей средой, возвращаются в своё классическое состояние. Это происходит уже на расстоянии в несколько километров. Чтобы принять сигнал без помех, ученые разработали несколько квантовых усилителей, «портативных источников запутывания», и установили их по пути следования сигнала. С тех пор эксперимент расширился, и сейчас дистанция передачи сигнала составляет порядка 120 километров. Правда, из-за необходимости в усилителях канал получается крайне дорогим и сложным в масштабировании. Никакой полезной информации, кроме направления спина частиц, через систему также телепортировать не удалось. В начале 2020-го ученые из Чикагского университета запустили постоянную 90-километровую квантовую петлю — из оптоволоконных кабелей, проложенных под пригородами Чикаго. Их сеть продемонстрировала все базовые функции, требуемые для квантового интернета, и могла бы использоваться для передачи квантовых ключей. При этом импульсы передавались с задержкой всего 200 мс. Такая сеть могла бы поддерживать достаточно большое число абонентов — её бы вполне хватило, чтобы объединить все несколько десятков существующих сегодня квантовых компьютеров. Спустя два года к этой сети добавили ещё одно ответвление на 60 километров. Что делает её на текущий момент самой длинной в мире. Она состоит из шести узлов и 150 км оптического волокна, которое переносит квантово-кодированную информацию от университета Чикаго до штаб-квартиры CQE Chicago Quantum Exchange, интеллектуального хаба специалистов по квантовым системам и дальше к зданиям Аргонской национальной лаборатории Минэнергетики США. По пути следования этой «квантовой локальной сети» тестируются сотни различных устройств, которые должны принимать, отправлять, шифровать или усиливать сигнал. По сути, это уже готовый квантовый интернет, только пока что чересчур дорогой и не до конца протестированный. Если масштабировать технологию CQE на весь мир, и установить десятки тысяч излучателей и приемников квантового сигнала в данном случае — связанных фотонов , им уже можно было бы пользоваться для отправки самых важных сообщений. Правда, надежность защиты информации пока еще не протестирована, и взломать данные с помощью квантовых компьютеров пока что тоже еще никто не пытался еще не создан компьютер с алгоритмом, способным решать какие-либо задачи, кроме физических и математических. Пока что польза от всей чикагской Сети только теоретическая. Правительство США рассчитывает взять её как основу для создания более крупных государственных сетей — например, для передачи данных от Пентагона, которые никто и никогда не смог бы перехватить. В Европе есть аналогичные проекты. Так, в феврале 2023 года группе физиков из Франции, Австрии и Швейцарии под руководством Бенджамина Ланьона удалось передать запутанность двух ионов на дистанцию в 230 метров. А уже в мае та же команда впервые сумела с помощью квантов передать информацию по оптоволоконному кабелю на расстояние 50 километров. Их квантовый узел-ретранслятор отправлял группы запутанных фотонов, записывая данные в их спинах, и, считывая эти направления, собирал нули и единицы на обратной стороне. Это была одна из первых передач реальных данных через квантовую сеть. Правда, эти нули и единицы ничего на практике не означали, но это уже были настоящие биты, которые можно использовать в реальном мире. Теперь цель ученых — увеличить дистанцию, на которой может работать их интернет. Идея-максимум — охватить такой сетью всю Европу. Проект объединяет десятки университетов, компаний и исследовательских центров в Германии, Франции, Италии, Швейцарии, Австрии, Венгрии и других городах. К этому времени Ланьон хочет как минимум усовершенствовать дизайн и передать информацию на 800 километров, связав Инсбрук и Вену постоянным квантовым каналом, по которому будут передаваться полезные данные. Это должно доказать ЕС перспективность проекта и обеспечить дальнейшее финансирование. Если всё пойдет удачно, то полная квантовая сеть, покрывающая основные научные центры Европы, должна быть готова к 2040-му году. Ученые тут же хотят умерить ожидания публики. Стефани Венер, профессор квантовой информации из Нидерландов и координатор проекта QIA, говорит : Наша технология рассчитана не для замены обычного интернета, а для совместного существования с ним. Она не улучшит вам просмотр YouTube или Netflix, это создается для других целей. А в итоге стали достоянием всего человечества и изменили мир. Какой потенциал будет у новой технологии, пока говорить рано. Из последнего — в декабре 2023 года ученые из ЮАР, Испании и Германии, используя всего два связанных фотона, телепортировали через квантовую сеть информацию , достаточную для создания изображений. Они придумали, как «запаковывать» в спины и их производные достаточно данных, чтобы собирать из них биты и даже байты данных на обратной стороне провода. То есть безопасно пересылать картинки через такой интернет уже возможно на практике. Не говоря о паролях, пин-кодах и небольших текстовых файлах. Остается опять же масштабировать эту сеть за пределы лаборатории. А для этого достаточно финансового интереса, который безусловно появится, как только квантовые компьютеры начнут представлять серьезную угрозу передаче данных. Стоит упомянуть, что Россия и Китай тоже потихоньку развивают квантовые технологии — правда, с упором на большие дистанции передачи данных, а не на надежную и защищенную связь. Так, в 2017 году ученые из Университета науки и технологий Китая применили лазеры для передачи связанных фотонов от наземной станции к спутнику на орбите 500 км и на другую наземную станцию, расположенную в 1200 км от первой. Пользы от такой передачи пока нет никакой, но зато эксперимент показал, что спутники тоже в теории подходят для работы в квантовой сети. А в конце декабря 2023 года Россия и Китай впервые совместно испытали квантовую связь , передав информацию на 3800 километров. Для эксперимента использовался китайский спутник Mozi, а в России был специально построен первый в стране квантовый приемник, умеющий принимать и декодировать данные поляризационных состояний фотонов со спутника. Так что квантовый спутниковый интернет тоже вполне реален. Правда, китайцы смогли научиться восстанавливать информацию только одного фотона из каждых шести миллионов — что, конечно, не подходит для создания надежного канала связи. Одно можно сказать точно: темп ускоряется. Новости о новых успешных экспериментах выходят всё чаще.
Квантовый компьютер необходим для решения задач в области криптографии, квантовой химии, оптимизации финансового моделирования, обучения искусственного интеллекта, с которыми привычные для нас классические компьютеры и даже суперкомпьютеры не справляются. С помощью квантовых алгоритмов можно рассчитывать параметры сложных молекул, лекарств, новейших материалов — например, для авиастроения. Если для решения начальных задач достаточно сотен и тысяч кубитов, то для демонстрации значительного преимущества квантовых устройств нужны сотни тысяч, миллионы. Также требуется высокая точность квантовых операций. Поэтому основная проблема — масштабировать квантовые вычисления, не потеряв качество контроля над кубитами. Один из вариантов — объединить квантовые процессоры промежуточного масштаба в сеть.
Ученые нашли фотонную связь, позволяющую создать кремниевый квантовый интернет
Сегодня делают квантовые компьютеры, проложили квантовую связь между Москвой и Санкт-Петербургом, и совсем скоро в России заработает квантовый интернет. «Квантовый Интернет станет платформой квантовой экосистемы, в которой компьютеры, сети и датчики обмениваются информацией принципиально новым образом. Международная группа ученых из Великобритании и Германии добилась прорыва в работе над созданием квантовых информационных сетей, которые в будущем могут прийти на смену. Это изобретение приближает нас на шаг ближе к созданию квантового интернета, где данные будут передаваться со скоростью человеческой мысли.