Сегодня делают квантовые компьютеры, проложили квантовую связь между Москвой и Санкт-Петербургом, и совсем скоро в России заработает квантовый интернет. Российские учёные впервые получили удалённый доступ к мощностям отечественного квантового компьютера, разработка которого началась в 2020 году при поддержке Фонда НТИ.
Квантовый интернет в каждый дом: дайджест Индустрии 4.0 № 23
Возможность обмениваться квантовой информацией имеет решающее значение для разработки квантовых сетей для распределенных вычислений и безопасной коммуникации. Квантовые вычисления будут полезны для решения некоторых важных задач, таких как оптимизация финансовых рисков, расшифровка данных, конструирование молекул и изучение свойств материалов. 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".
В статье в научном журнале Nature группа физиков из Делфтского технологического университета в Нидерландах поделилась своими достижениями. Квантовые компьютеры принципиально отличаются от традиционных. Обычный компьютер хранит данные в битах, а квантовые в кубитах. 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.
Сейчас на мировом рынке цена доступа сильно варьируется в зависимости от типа используемого оборудования. Есть и бесплатный доступ для всех желающих у компании IBM к процессорам не очень большой мощности. Мы будем ориентироваться на запросы рынка и сделаем гибкую систему, постараемся сделать облачную платформу доступным и полезным инструментом как для студента, так и для крупного бизнеса», - рассказали работники Российского квантового центра.
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. Для борьбы с этим в этих системах используются "ретрансляторы" в обычных точках, которые считывают и повторно усиливают сигнал, гарантируя, что он дойдет до места назначения в целости и сохранности. Классические ретрансляторы, однако, не могут использоваться с квантовой информацией, поскольку любая попытка считывания и копирования информации приведет к ее уничтожению. С одной стороны, это является преимуществом, поскольку квантовые соединения нельзя "прослушать", не уничтожив информацию и не предупредив пользователей.
И квантификация всей сети!
- Ожидаемые результаты
- Квантовый интернет и сигналы из космоса: главные техноновости прошедшей недели!
- Сайт недели: Lo-Fi Player
- Росатом обещает до 2030 года запустить квантовый интернет
- Российские ученые показали узел квантового интернета | Пикабу
Квантовый интернет «на районе». Что известно о новом способе создания сетей
Среди них: мощные компьютеры, датчики темной материи и невзламываемый квантовый интернет. Исследователи из Национальной лаборатории Ок-Риджа Министерства энергетики, Freedom Photonics и Университета Пердью добились успехов в направлении квантового Интернета. Они спроектировали и продемонстрировали первый в истории анализатор состояния Белла для частотного кодирования, сообщает Phys. Прежде чем информация может быть отправлена по квантовой сети, она должна быть сначала закодирована в квантовом состоянии. Эта информация содержится в кубитах или квантовой версии классических вычислительных битов, используемых для хранения. Информация становится запутанной, поскольку кубиты находятся в состоянии, когда их характеристики взаимозависимы.
Для нейтральных атомов количество может быть выше, уже показаны эксперименты с 256 атомными кубитами, однако качество операций значительно ниже ионов и сверхпроводников. Недавно анонсированные сверхпроводниковые процессоры IBM имеют 127 и 433 кубита, однако в случае с 127 кубитами качество операций не позволяет решать задачи быстрее классического компьютера, а параметры 433-кубитного процессора пока неизвестны. Вполне возможно, часть проблем можно будет решить при помощи новых подходов к созданию кубитов.
Духова и МГТУ им. Баумана была продемонстрирована новая система — кубиты флаксониумы с высоким качеством квантовых операций. Близкие результаты были показаны компанией Alibaba. Однако можно предположить и другой сценарий, в котором в рамках развития существующих платформ мы увидим определенные пределы для масштабирования. Неизвестно, носят ли эти пределы фундаментальный характер и насколько можно продвинуться дальше, но очевидно, что нужны новые идеи. Одной из идей может стать создание сетей взаимосвязанных квантовых процессоров промежуточного масштаба. Квантовый интернет В 2016 году в журнале Scientific American была сформулирована новая концепция будущего квантового компьютера. Авторы статьи предлагали при следующем полете на самолете нам заглянуть в журнал авиакомпании.
Там мы бы увидели, что авиалинии не связывают напрямую каждый город с каждым другим, потому что логистика и накладные расходы были бы крайне высокими. Вместо этого они используют центральные «аэропорты-хабы» для создания сетей непрямых соединений. Отказ от прямого подключения позволяет им расширять и управлять гораздо большей сетью пунктов назначения. Так что представления о квантовом процессоре как о едином локальном устройстве при их масштабировании могут быть пересмотрены. Технология квантового интернета, то есть возможности соединять квантовые устройства в сети с использованием квантовых коммуникаций передачи квантовых состояний , позволит увеличить мощность квантовых процессоров не только за счет увеличения количества кубитов в каждом отдельном процессоре, но и за счет связи нескольких процессоров между собой. Таким образом квантовый процессор будет состоять из нескольких «квантовых хабов», соединенных квантовыми коммуникациями. Важно отметить, что при соединении классических компьютеров в сеть их мощности складываются.
Что это может принести и чем помочь?
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.
Квантовая телепортация в её стандартном понимании не передаёт энергию или вещество на расстояние. Однако теперь исследователь Кадзуки Икеда Kazuki Ikeda из Университета штата Нью-Йорк в Стони-Бруке говорит, что ему впервые удалось телепортировать энергию с помощью обычного квантового компьютера. Ключевая идея телепортации квантовой энергии заключается в том, что энергия любой квантовой системы постоянно колеблется. Именно эти естественные колебания энергии можно использовать на квантовом уровне. Мы сообщаем о первой реализации и наблюдении телепортации квантовой энергии на реальном квантовом оборудовании, — говорит Икеда. Масахиро Хотта первоначально показал, что измерение состояния части квантовой системы неизбежно вводит энергию в эту систему. В квантовом мире энергия затем может быть извлечена из другой части системы без её фактического перемещения через пространство. Суть заключается в том, что никакая энергия не приобретается и не теряется — она просто переносится. Говорится, что при проведении эксперимента был использован квантовый компьютер IBM.
Полученные результаты согласуются с теорией Масахиро Хотты. Об этом стало известно 3 сентября 2020 года. В отличие от обычной «всемирной паутины», эта технология безопасна и защищена от кибератак. Работа опубликована в журнале Science Advances. Система «мультиплексирования» Бристольского университета разделяет световые частицы, которые передают информацию нескольким пользователям Интернета из единого центрального источника. Исследователи продемонстрировали технологию, использующую странные эффекты квантовой запутанности, на оптических волокнах в разных местах Бристоля. Игорь Лейпи, ГК Softline: Объем поставок российских операционных систем в ближайшие годы увеличится как минимум вдвое Команда учёных смогла создать квантовую сеть на большой дистанции без доверительных узлов. Информацию по ней распределяли между восемью пользователями. Данный метод позволил значительно сократить количество используемых каналов связи. Любопытно, что пользователей может соединять всего один канал, но каждый из них при этом может передать информацию каждому.
Ученый рассказал об интернете будущего
Вторая перспективная возможность для квантовых сетей — использование «квантовой запутанности». Два кубита могут быть синхронизированы «запутаны» , и их состояние будет взаимно изменяться вне зависимости от разделяющего их расстояния без затраты времени на взаимодействие, то есть моментально. В некотором смысле они являются одним кубитом, поэтому ограничение скорости передачи скоростью света на них не распространяется. Более того, между ними может не быть никакой физической линии связи. Это звучит как магия, но это физика. Теоретически это позволяет создать квантовые сети моментального действия, работающие без физических задержек сигнала. Они востребованы, например, для синхронизации радиотелескопов, что дало бы более четкую картинку астрономам; для синхронизации атомных часов спутников геолокации и детекторов гравитационных волн, а также для многих других задач. Снижение лагов в онлайн-играх в их число пока не входит, но кто знает? Самая грандиозная перспектива квантовой связи — соединение квантовых компьютеров в один квантовый суперкомпьютер. Последствия этого непредсказуемы, но и произойдет это не завтра.
Квантовые трудности Разумеется, где перспективы, там и трудности. Основная проблема практического создания квантовых сетей — современные линии связи для них подходят очень ограниченно. Например, оптические кабели не полностью прозрачны. Чтобы преодолеть это ограничение, сигнал классических сетей проходит через цепочку усилителей. Однако для квантового сигнала это не подходит. Для кубита каждый усилитель является «наблюдателем», который изменяет состояние кубита и разрушает суперпозицию: этакий Шредингер, который стоит у конвейера, по которому едут коробки с котами из известного парадокса, и открывает каждую из них.
Также могут использоваться различные методы регулировки фазы цифрового синтеза [2] и поляризации, такие как разделители луча и интерферометры. 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.
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. Основное отличие квантового Интернета от обычного в том, что он лучше защищен от взлома данных. В том случае, если хакеры вмешиваются в информацию, зашифрованную в кубитах и кутритах, то они нарушают их структуру, оставляя после себя следы взлома.
Одно из возможных решений, которое предлагают ученые, — это разработка устройств на основе принципа квантового интернета. Этот подход позволяет увеличивать вычислительную мощность квантовых компьютеров, объединяя их в сети, при этом не теряя контроль над каждым из них. Ранее сообщалось, что Google отключит блокировщики рекламы в Chrome в 2024 году.
«Квантовые технологии и квантовый компьютер»: запись трансляции, видеоитоги.
Учёные стали на шаг ближе к квантовому интернету. Исследователям удалось запустить ключевые квантовые алгоритмы, в режиме реального времени, подключившись с классического ПК. Открытие квантовой памяти при комнатной температуре приблизило человечество к интернету нового поколения.
Ученые нашли фотонную связь, позволяющую создать кремниевый квантовый интернет
Составляющие Т-центра два атома углерода и атом водорода показаны оранжевым цветом, а спин электрона с оптической адресацией — бледно-голубым. Ученые из Simon Fraser University совершили решающий прорыв в развитии квантовых технологий. Их исследование, опубликованное в журнале Nature, описывает наблюдения за более чем 150 000 кремниевых фотонно-спиновых кубитов с «Т-центром», что является важной вехой, открывающей немедленные возможности для создания масштабируемых квантовых компьютеров и квантового интернета, который их соединит. Квантовые вычисления обладают огромным потенциалом для обеспечения вычислительной мощности, намного превышающей возможности современных суперкомпьютеров, что может способствовать прогрессу во многих областях, включая химию, материаловедение, медицину и кибербезопасность. Чтобы воплотить это в жизнь, необходимо производить как стабильные, долгоживущие кубиты, обеспечивающие вычислительную мощность, так и технологию связи, позволяющую этим кубитам связываться друг с другом в масштабе.
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. Здесь фотонные квантовые состояния могут быть переданы как в атомарные квантовые состояния имеющие квантовый выход [3] с разделёнными зарядами, хранящиеся в отдельных атомах в оптических полостях, так и из них. В дополнение к созданию удалённой запутанности между удалёнными атомами, это позволяет осуществлять передачу квантовых состояний между отдельными атомами, используя оптоволокно.
Квантовые повторители[ править править код ] Диаграмма квантовой телепортации Передаче данных на дальние расстояния препятствуют эффекты потери сигнала и декогерентность , присущая большинству транспортных сред, таких как оптоволокно.
Чтобы обеспечить взаимодействие устройств, команда создала систему, в которой оба устройства использовали одну и ту же длину волны. Лазер "включал" и "выключал" память, позволяя сохранять и высвобождать фотоны по требованию.
Длина волны этих двух устройств не только совпала, но и соответствует длине волны используемых сегодня телекоммуникационных сетей, что позволяет передавать данные по обычным волоконно—оптическим кабелям, привычным для повседневного подключения к Интернету. Источник света с квантовыми точками был создан исследователями из Университета Штутгарта при поддержке Университета Вюрцбурга, а затем доставлен в Великобританию для взаимодействия с устройством квантовой памяти, созданным командой Imperial и Саутгемптона. Система была собрана в подвальной лаборатории Имперского колледжа Лондона.
Хотя были созданы независимые квантовые точки и квантовая память, которые более эффективны, чем новая система, это первое доказательство того, что устройства могут взаимодействовать на телекоммуникационных длинах волн. Теперь команда будет стремиться усовершенствовать систему, в том числе обеспечить получение всех фотонов с одинаковой длиной волны, увеличить продолжительность хранения фотонов и уменьшить размеры всей системы в целом. Однако, как доказательство концепции, это важный шаг вперед, говорит соавтор доктор Патрик Ледингем из Университета Саутгемптона.
Это включает в себя то, что мы уже дважды проводили этот эксперимент с различными устройствами памяти и квантовыми точками более пяти лет назад, что просто показывает, насколько это сложно сделать".
Однако США не единственные, кто работает в этом направлении. Как сообщает издание Washington Post, главным конкурентом в этой области является Китай, занимающийся своими разработками квантовых сетей. По материалам anti-malware.
В США придумали, как сделать квантовый интернет более доступным
Квантовый Интернет будет основываться на существующем классическом Интернете и максимально использовать его. Партнеры планируют ускорить развитие квантовых вычислений с помощью облачной платформы VK Cloud. Группа физиков из Российского квантового центра и Физического института имени Лебедева впервые показала, как может быть организован онлайн-доступ к отечественному ионному. Ректор МГУ Виктор Садовничий рассказал президенту Владимиру Путину о создании межуниверситетской квантовой сети. На VII ежегодной конференции ЦИПР в рамках сессии «Квантовый интернет — следующий шаг в развитии.
Ученые впервые организовали онлайн-доступ к отечественному квантовому компьютеру
"Росатом" сообщил, что планирует к 2030 создать "квантовый интернет" на основе квантовых компьютеров. Доступ к квантовым компьютерам будет обеспечен в режиме 24/7 через обычный браузер. Квантовый интернет потенциально способен работать на огромной скорости, что может сделать прорыв в области передачи данных. Главной задачей в период с 2025 по 2030 годы станет объединение первых квантовых процессоров в общую сеть и создание на ее базе квантового интернета. Одна из ключевых задач стратегического проекта «Квантовый интернет» — подготовка кадров для цифровой экономики в рамках одноименного федерального проекта.
Квантовая передача данных: как обстоят дела на сегодняшний день?
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. Для борьбы с этим в этих системах используются "ретрансляторы" в обычных точках, которые считывают и повторно усиливают сигнал, гарантируя, что он дойдет до места назначения в целости и сохранности. Классические ретрансляторы, однако, не могут использоваться с квантовой информацией, поскольку любая попытка считывания и копирования информации приведет к ее уничтожению. С одной стороны, это является преимуществом, поскольку квантовые соединения нельзя "прослушать", не уничтожив информацию и не предупредив пользователей. Однако для создания квантовых сетей на большие расстояния это сложная задача, которую необходимо решить.
Один из способов преодолеть эту проблему - поделиться квантовой информацией в виде запутанных частиц света или фотонов.
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. 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.
В китайском эксперименте основной дрон создал две "запутанные" частицы, одну из которых отправил на базу на земле. Вторую частицу принял другой дрон и переправил ее на вторую наземную станцию в километре от первой. Дроны легко перемещаются, их запуск быстр и дешев, поэтому в будущем планируется создавать целые эскадрильи дронов для обеспечения глобального квантового интернета.
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. Исследователь из Института экспериментальной физики Университета Инсбрука Трейси Элеонора Нортап: «Квантовый компьютер может решать задачи и не иметь доступа к персональным данным. Сейчас же Google знает, какие данные пользователи хранят на серверах». Квантовый компьютер способен генерировать кубит из-за очень малых или охлаждённых почти до абсолютного нуля частиц. Считается, что квантовые компьютеры могут ускорить разработку лекарств, повысить эффективность искусственного интеллекта и улучшить шифрование. Поскольку между узлами нет проводящего материала, квантовый интернет даёт надежную передачу даже в сетевых соединениях с большими потерями, при этом без потери реальных данных.
Квантовые компьютеры и квантовый интернет изменят нашу жизнь!
Каждая из этих областей нуждается в квантовом Интернете — соединении квантовых устройств квантовыми коммуникационными каналами. Физик Алексей Федоров считает, что ключевую роль в распространении квантовых технологий должен сыграть квантовый интернет. Последствия развития квантового интернета трудно представить и переоценить: он превосходит возможности и потенциал существующей сети буквально в миллиарды раз.