Квантовый интернет – это гипотетическая сеть будущего, позволяющая обмениваться информацией в среде, работающей на основе правил квантовой механики. Одна из ключевых задач стратегического проекта «Квантовый интернет» — подготовка кадров для цифровой экономики в рамках одноименного федерального проекта. Квантовые компьютеры — это новый класс вычислительных устройств, которые благодаря использованию квантовых эффектов способны решать задачи, недоступные самым мощным. Российский квантовый центр (РКЦ) и VK подписали соглашение о стратегическом сотрудничестве, они планируют развивать квантовые вычисления на облачной платформе VK. Дроны легко перемещаются, их запуск быстр и дешев, поэтому в будущем планируется создавать целые эскадрильи дронов для обеспечения глобального квантового интернета.
Российский квантовый центр и VK будут развивать квантовые вычисления в облаке
Российский квантовый центр (РКЦ) и VK подписали соглашение о стратегическом сотрудничестве, они планируют развивать квантовые вычисления на облачной платформе VK. Концепция квантового интернета, предполагающая реализацию наиболее передовых информационных технологий, в настоящее время находится на уровне отработки прототипов. Им удалось впервые сохранить и извлечь данные с квантовых компьютеров, что станет основой для передачи квантовой информации на большие расстояния. Им удалось впервые сохранить и извлечь данные с квантовых компьютеров, что станет основой для передачи квантовой информации на большие расстояния. Однако классические ретрансляторы нельзя использовать с квантовой информацией, поскольку любая попытка прочитать и скопировать информацию приведет к ее уничтожению. Последствия развития квантового интернета трудно представить и переоценить: он превосходит возможности и потенциал существующей сети буквально в миллиарды раз.
Квантовая футурология
При попытке перехвата данных, происходит изменение квантового состояния фотона и выдается совершенно другой результат. Заместитель председателя правительства РФ Дмитрий Чернышенко сообщил, что планируется строительство новых участков квантовой сети протяжённостью более 1400 км. Дроны легко перемещаются, их запуск быстр и дешев, поэтому в будущем планируется создавать целые эскадрильи дронов для обеспечения глобального квантового интернета.
До конца года в России построят ещё 1400 км квантовой сети
Уже сейчас мы видим интерес к квантовым алгоритмам не только со стороны университетов и исследовательских центров, но и крупного бизнеса», — отметил Алексей Федоров, руководитель научной группы «Квантовые информационные технологии» Российского квантового центра. Облачная платформа, как уже показали тесты, стабильно выдерживает нагрузку и позволяет быстро масштабироваться в зависимости от требований к числу кубит, — комментирует Павел Гонтарев, управляющий директор VK Tech. В облаке эти задачи уже решены за счет отказоустойчивых высокодоступных сервисов, инструментов и мер безопасности, а также публичного облачного API, с которым могут работать пользователи».
Отправитель и получатель увидят попытку прослушивания. 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.
Фото: Даже на начальном этапе разработки Запад надеется, что «квантовый интернет существенно повлияет на науку, промышленность и национальную безопасность». Подчёркивается, что «квантовый интернет» создаётся не с целью полностью заменить всем знакомый и существующий, а наоборот — для параллельного существования в качестве Сети для банковской отрасли и сферы здравоохранения. Дополнительно новая разработка будет служить интересам национальной безопасности.
Затем, посредством последовательности операций, отправитель может отправить любую квантовую информацию получателю хотя это не может быть сделано быстрее, чем со скоростью света. Эта совокупность общего запутывания между парами людей во всем мире, по сути, составляет квантовый Интернет.
Главный вопрос исследования заключается в том, как лучше всего распределить эти запутанные пары среди людей, распределенных по всему миру». Как только это можно будет сделать в больших масштабах, квантовый Интернет станет настолько удивительно быстрым, что удаленные часы будут синхронизированы примерно в тысячу раз точнее, чем лучшие атомные часы, доступные сегодня, как пишет журнал Cosmos. Это сделало бы GPS-навигацию намного более точной, чем сегодня, и отобразило бы гравитационное поле Земли так подробно, чтобы ученые могли заметить пульсацию гравитационных волн. Это также могло бы позволить телепортировать фотоны из отдаленных телескопов видимого света по всей Земле и связать их в гигантскую виртуальную обсерваторию. Проблемы построения квантового интернета.
Но прежде чем что-либо из этого может произойти, исследователи должны выяснить, как построить квантовый Интернет, и, учитывая странные особенности квантовой механики, это будет непросто. Другая проблема состоит в том, что, поскольку количество энергии, которая соответствует квантовой информации, действительно мало, трудно удержать ее от взаимодействия с внешним миром. Сегодня «во многих случаях квантовые системы работают только при очень низких температурах», говорит Ньюэлл.
В США придумали, как сделать квантовый интернет более доступным
Эти запутанные квантовые состояния очень хрупки, когда принимают форму микроволновых фотонов, из-за чего процесс передачи информации существенно усложняется. Квантовые компьютеры существуют не первый год и они не могут раскрыть свой потенциал без телепортации кубитов или «квантового интернета». Квантовые компьютеры существуют не первый год и они не могут раскрыть свой потенциал без телепортации кубитов или «квантового интернета». Но сначала ученые должны построить всемирный квантовый интернет, чтобы передавать мельчайшие квантовые частицы с одного континента на другой. Открытие квантовой памяти при комнатной температуре приблизило человечество к интернету нового поколения.
США готовит квантовый интернет, который будет невозможно взломать — Washington Post
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.
Как отмечают разработчики, в будущем этот узел квантовой сети станет основой для создания поколения демонстрационных квантовых компьютеров для решения образовательных и научных задач на основе оптики.
А также будет использоваться для прототипирования устройств квантового интернета: следующего поколения квантовых технологий, которые позволят использовать и соединять удаленные квантовые компьютеры в общую сеть. Фактически, к представленному узлу в будущем смогут подключаться другие вычислительные устройства — прообраз квантового интернета — и сенсорные системы для «квантового интернета вещей». В частности, в этом направлении работает лаборатория «Сверхпроводящие метаматериалы» НИТУ «МИСиС», в которой создаются прототипы квантовых процессоров и микроволновые интерфейсы для их соединения в квантовую сеть.
Однако это развитие задерживается, поскольку квантовая информация может быть потеряна при передаче на большие расстояния. Один из способов преодолеть этот барьер - разделить сеть на более мелкие сегменты и связать их все общим квантовым состоянием.
Для этого требуется средство для хранения квантовой информации и последующего ее извлечения, то есть устройство квантовой памяти. Оно должно "взаимодействовать" с другим устройством, которое позволяет создавать квантовую информацию в первую очередь. Впервые исследователи создали такую систему, которая объединяет эти два ключевых компонента и использует обычные оптические волокна для передачи квантовых данных. Этот успех был достигнут исследователями из Имперского колледжа Лондона, Университета Саутгемптона и университетов Штутгарта и Вюрцбурга в Германии, а результаты опубликованы в журнале Science Advances. Соавтор исследования доктор Сара Томас Sarah Thomas с физического факультета Имперского колледжа Лондона Imperial College London сказала: "Объединение двух ключевых устройств - важный шаг вперед в создании квантовых сетей, и мы очень рады быть первой командой, которая смогла продемонстрировать это".
Соавтор исследования Лукас Вагнер Lukas Wagner из Университета Штутгарта добавил: "Обеспечение возможности подключения к удаленным объектам и даже к квантовым компьютерам является важнейшей задачей для будущих квантовых сетей". В обычных телекоммуникационных сетях, таких как Интернет или телефонные линии, информация может теряться на больших расстояниях.
Так, если двухузловая сеть имеет одно звено, а трехузловая сеть три, то восьмиузловая сеть имеет уже 28 звеньев, а 100-узловая сеть нуждается в 4950 звеньях. Очевидно, масштабировать такую сеть на 7 миллиардов жителей Земли невозможно чисто технически. Джоши и его коллеги использовали другой протокол QKD, который включает в себя совместное использование запутанных частиц между любыми двумя узлами, что позволило разработать новый тип сети, которая преодолевает многие из вышеописанных проблем. Квантовая запутанность говорит нам, что если вы измерите определенное свойство одной запутанной частицы, то сможете узнать это же свойство ее частицы-партнера, даже если она удалена от вас на большое расстояние.
Простейший бытовой пример: надевая носок на левую ногу вы автоматически назначаете второй носок правым. Городской мультиплекс Вместо построения сети, в которой каждый из восьми узлов физически связан со всеми другими узлами, исследователи создали сеть с центральным источником, который отправляет запутанные фотоны к восьми узлам, названным Алиса, Боб, Хлоя, Дэйв, Фен, Гопи, Хайди и Иван. Каждый узел соединяется с источником через один оптоволоконный канал, то есть для 8 абонентов в общей сложности мы получаем восемь каналов — намного меньше, чем 28, которые потребовались бы для традиционного QKD без доверенных узлов. Таким образом, даже несмотря на то, что узлы физически напрямую не связаны, протокол, разработанный исследователями, устанавливает виртуальную связь между каждой парой из них с помощью магии квантовой запутанности, благодаря которой каждая пара узлов может создать свой закрытый ключ. Центральный источник имеет так называемый нелинейный кристалл, который испускает пары фотонов, запутанных в своей поляризации. Говоря простым языком, эти фотоны имеют длину волны в 1550 нанометров, плюс-минус несколько десятков нанометров.
Этот разброс позволяет создать 16 каналов, пронумерованных от 1 до 8 с одной стороны и от -1 до -8 с другой так как по закону сохранения энергии если у нас есть фотон с длиной волны 1560 нм, то у него должен быть запутанный партнер с длиной волны 1540 нм, что и дает нам «положительные» и «отрицательные» каналы. Затем эти каналы объединяются или мультиплексируются в одном оптическом волокне и отправляются каждому узлу. При этом каждый узел может работать со своей комбинацией каналов.
Эксперимент с участием России доказал: квантовый интернет реален
В теории кутриты могут использоваться для отправки данных с помощью квантовой телепортации. Это метод отправки информации, основанный на «запутанности». Частицы данных, называемые «запутанными», могут влиять друг на друга, даже, если на находятся на разных континентах. Отправитель данных измеряет взаимодействие своего кубита с другим кубитом, в котором находится необходимая информация. По результатам проверки принимающий кубит распознает, что за тип данных был ему отправлен.
Кроме того, Т-центры имеют то преимущество, что излучают свет на той же длине волны, что и современные волоконно-оптические коммуникации и телекоммуникационное сетевое оборудование. Разработка квантовых технологий с использованием кремния открывает возможности для быстрого масштабирования квантовых вычислений.
Мировая полупроводниковая промышленность уже способна недорого производить кремниевые компьютерные чипы в больших масштабах с ошеломляющей степенью точности. Эта технология составляет основу современных вычислений и сетей, от смартфонов до самых мощных в мире суперкомпьютеров. Исследование опубликовано в журнале Nature.
Исследователи считают , что это один из самых важных шагов на пути к созданию сверхбезопасного Интернета, который невозможно взломать бесследно. Ученые уже доказывали возможность пересылать большое количество информации в квантовой форме, но используя квантовые биты, также известные как кубиты. Исследователи из Китайского научно-технического университета и Венского университета в Австрии смогли превзойти предыдущие достижения коллег и отправили данные с помощью квантовых тритов — кутритов. Что такое кутриты? Сейчас кодирование любой информации, от финансовых данных до видео на YouTube происходит с помощью битов — потоков электрических или фотонных импульсов.
В настоящее время строятся небольшие квантовые сети, так как идея широкого квантового интернета ограничена тем, насколько хорошо фотоны могут сохранять свою жизнеспособность по мере увеличения протяженности сети. Поэтому американские учёные сосредоточены на исследованиях в области разработки квантовой памяти и квантовых ретрансляторов, которые потребуются для квантового интернета. Квантовая память необходима для хранения квантового состояния кубита и обмена этим состоянием с другим фотоном посредством телепортации. Квантовые ретрансляторы нужны для усиления фотонов и продвижения их по линии передачи до того, как они успеют деградировать. Азия Оглядываясь на США, Япония пересматривает свою национальную стратегию в области квантовых технологий. Новая стратегия будет заключаться в развитии этой отрасли через поддержку квантовых стартапов. Японские компании уже преуспели в использовании квантовой криптографии для высокозащищенной передачи данных. Но квантовое шифрование требует дорогостоящего специализированного оборудования, что стало препятствием для его более широкого внедрения. Помимо поддержки исследований и разработок, правительство рассмотрит возможность предоставления налоговых льгот, чтобы помочь развитию рынка.
Мы все ближе к квантовому Интернету. Но что это такое?
Решением, по мнению ученых, может стать создание устройств на основе концепции квантового интернета. Такой подход позволяет нарастить мощность квантовых компьютеров за счет соединения в квантовые сети — без снижения уровня контроля в каждом из них. 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.
В ходе презентации ученые удаленно запускали вычисление на компьютере ряда важных квантовых алгоритмов — в частности, поиск значения по неупорядоченной базе данных с помощью алгоритма Гровера, а также поиск n-битного числа по принципу Бернштейна-Вазирани. Следующим этапом станет запуск вариационных квантовых алгоритмов, которые могут помочь в решении прикладных задач с помощью квантовых компьютеров.
Однако, чтобы создать квантовые ретрансляторы, учёным было необходимо подобрать главный «компонент», который бы хранил и передавал кубиты. Ранее исследователи предложили использовать для переноса информации, хранящейся в кубитах, фотоны. Но быстро выяснилось, что эти движущиеся со скоростью света частицы крайне проблематично уловить и удержать. В новом эксперименте американские учёные из Принстонского университета США показали, что алмазы могут стать главной составляющей квантовых ретрансляторов. По квантовым законам Изучив кристаллическую решётку алмаза, американские специалисты пришли к выводу, что именно в твердотельном материале кубиты можно перенести с фотонов на более «послушные» электроны.
Однако для выполнения такой операции алмаз должен быть «несовершенным», а именно два атома углерода должны быть заменены одним атомом кремния. Мы же заменили в кристаллической решётке минерала два атома углерода одним атомом кремния, что сделало алмазы пригодными для хранения и передачи информации по квантовой сети», — сообщила автор исследования Натали де Леон. Получившиеся алмазы позволят передавать данные с помощью фотонов, а также хранить их с помощью электронов.
Теперь новое исследование предоставляет доказательство того, что Т-центры, особый люминесцентный дефект в кремнии, могут обеспечивать «фотонную связь» между кубитами. Набор интегрированных фотонных устройств, используемых для выполнения первого полностью оптического односпинового измерения в кремнии. В центре каждой «микрошайбы» визуализируется одно люминесцентное вращение. Спиралевидная стрелка указывает на фотонную связь от одного из этих спиновых кубитов. Кроме того, Т-центры имеют то преимущество, что излучают свет на той же длине волны, что и современные волоконно-оптические коммуникации и телекоммуникационное сетевое оборудование.
Квантовый интернет - что это, как работает? Преимущества. Квантовая сеть
| Лучшие друзья интернета: как алмазы помогут создать квантовую сеть будущего — РТ на русском | Физик Алексей Федоров подчеркнул значимость квантового интернета в популяризации квантовых технологий. |
| Сверхбезопасный квантовый Интернет уже близко | Концепция «квантового интернета» также обсуждается как идея для следующих Дорожных карт по квантовым вычислениям с горизонтом 2030 года. |
Квантовая футурология
Новость в том, что теперь, после испытаний и проверок, технология сертифицирована ключевыми органами безопасности. Стойкость к взлому доказана. Устойчивость технологии к взлому основана на фундаментальном принципе квантовой физики о невозможности измерить фотон, не изменив при этом его состояние. Это лишь один из парадоксов квантовой механики.
Работа с этим — фундаментальная наука настоящего для практики в будущем. Главная цель ученых — квантовые компьютеры. В теории такие машины смогут решать благодаря парадоксам квантового мира задачи, с которыми не справятся сколь угодно большие суперкомпьютеры нынешней механики.
Им удалось впервые сохранить и извлечь данные с квантовых компьютеров, что станет основой для передачи квантовой информации на большие расстояния. Они разработали устройство, которое одновременно создает и хранит запутанные фотоны, а также выпускает их по запросу. Все это происходит на одной длине волны, которая также совместима с существующей оптоволоконной инфраструктурой. За счет этого внедрить такую связь в будущем будет проще. Подпишитесь , чтобы быть в курсе. 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.
Как отмечают разработчики, в будущем этот узел квантовой сети станет основой для создания поколения демонстрационных квантовых компьютеров для решения образовательных и научных задач на основе оптики. А также будет использоваться для прототипирования устройств квантового интернета: следующего поколения квантовых технологий, которые позволят использовать и соединять удаленные квантовые компьютеры в общую сеть. Фактически, к представленному узлу в будущем смогут подключаться другие вычислительные устройства — прообраз квантового интернета — и сенсорные системы для «квантового интернета вещей». В частности, в этом направлении работает лаборатория «Сверхпроводящие метаматериалы» НИТУ «МИСиС», в которой создаются прототипы квантовых процессоров и микроволновые интерфейсы для их соединения в квантовую сеть.
Япония будет стремиться перейти к внутреннему производству оборудования для квантового шифрования, такого как детекторы фотонов, которые она пока закупает за рубежом. Китай запустил сеть квантовой связи, охватывающую примерно 2000 км между Пекином и Шанхаем, с целью ее дальнейшего расширения. Европа В ЕС лидером в области квантовых вычислений считается Голландия. Правительство Нидерландов вкладывает значительные средства в этот сектор — в 2021 году оно выделило 615 млн евро. Цель Голландии — в сотрудничестве с другими членами Евросоюза обеспечить надежную и безопасную связь и укрепить европейский суверенитет в области новых квантовых технологий. Новая квантовая сеть первоначально будет доступна для промышленности и науки в качестве испытательного стенда для разработки новых продуктов и приложений, а также для раскрытия всего потенциала распределенных квантовых вычислений. Россия В России к 2030 году планируют создать общую сеть квантовых компьютеров, на основе которых будет функционировать «квантовый интернет». По задумке разработчиков, такая сеть увеличит производительность компьютерных устройств «в десятки и сотни миллионов раз». Как и квантовые компьютеры, квантовый интернет не вышел далеко за пределы лабораторий и испытательных стендов.