Главной задачей в период с 2025 по 2030 годы станет объединение первых квантовых процессоров в общую сеть и создание на ее базе квантового Интернета.
В России планируют создать квантовый интернет
«Квантовый Интернет станет платформой квантовой экосистемы, в которой компьютеры, сети и датчики обмениваются информацией принципиально новым образом. При попытке перехвата данных, происходит изменение квантового состояния фотона и выдается совершенно другой результат. Физик Алексей Федоров подчеркнул значимость квантового интернета в популяризации квантовых технологий.
Рекомендации
- Интернет будущего уже близко: физики построили сверхбезопасную квантовую сеть городского масштаба
- Публикации
- В США разрабатывают практически невзламываемый квантовый интернет
- Регистрация
В России рассказали про квантовый интернет
На сегодняшний день прототипы квантовых процессоров создаются параллельно на ряде платформ одновременно — сверхпроводниках, ионах, атомах и фотонах, — однако, возможно, в будущем мы сфокусируемся на одной или нескольких платформах, демонстрирующих наилучшие результаты», — подчеркнул Максим Паршин, заместитель министра цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации. Мы понимаем, что одна из важнейших задач десятилетия — научиться объединять квантовые вычислительные устройства, построенные на различных платформах, в единую комплексную систему. В долгосрочной перспективе квантовый Интернет позволит в десятки и сотни миллионов раз ускорить производительность сегодняшних устройств», — прокомментировал Руслан Юнусов, руководитель проектного офиса по квантовым технологиям Госкорпорации «Росатом». В декабре в рамках реализации мероприятий «дорожной карты» «Квантовые вычисления» ученые из Российского квантового центра и Физического института имени П.
С 2020 года началась реализация Дорожной карты по квантовым вычислениям, за реализацию которой отвечает ГК «Росатом». Помимо сверхпроводниковых квантовых процессоров развиваются и другие платформы для квантовых вычислений, например, нейтральные атомы, ионы и оптические кубиты. Были продемонстрированы шестнадцатикубитные квантовые процессоры на ионах и нейтральных атомах, а также восьмикубитные сверхпроводниковые процессоры. Но можно ли считать, что на этом этапе основные научные задачи решены и развитие квантовых технологий переходит полностью в плоскость инженерных разработок? Оказывается, что ряд актуальных задач требует смены парадигмы.
Проблема масштабирования Квантовый компьютер необходим для решения определенных классов задач, для которых принципиально невозможно эффективно применять привычные нам классические компьютеры и суперкомпьютеры. Первоначальная идея, возникшая на заре развития квантовых вычислений, состояла в том, чтобы использовать квантовый компьютер для моделирования других квантовых систем, например, молекул и материалов, — это была концепция, высказанная Ричардом Фейнманом в начале 1980-х. Задачи моделирования материалов крайне важны для многих практических применений, например, в авиационной отрасли, а моделирование молекул принципиально важно для фармакологии. Однако уже в это же время анализом потенциала применения квантовых систем для вычислений в гораздо более широком контексте занимался Юрий Манин. В его книге «Вычислимое и невычислимое», опубликованной в 1980 году, обсуждалось, что большие квантовые системы крайне затруднительно анализировать с помощью классических компьютеров — возможность находиться в нескольких состояниях квантовая суперпозиция и проявление корреляций между объектами квантовой природы квантовая запутанность приводят к тому, что количество ресурсов времени и памяти для вычислений свойств квантовых систем растет экспоненциально. Начиная с 1990-х формализация идей Манина и Фейнмана привела к бурному исследованию квантовых алгоритмов: появились идеи использования квантовых компьютеров для решения криптоанализа, оптимизации, решения линейных уравнений и т. Однако каждая из этих задач требует большого количества кубитов — базовых вычислительных элементов квантового компьютера. Банковские транзакции.
Например, для взлома алгоритма RSA-2048, который сегодня используется для криптографической защиты информации, с помощью известного квантового алгоритма Шора необходимо 20 миллионов кубитов, тогда как наиболее мощные на сегодняшний день квантовые вычислительные устройства оперируют сотнями кубитов. Другим примером применений квантовых компьютеров является моделирование. Например, с помощью квантовых алгоритмов можно рассчитывать параметры сложных молекул, а в перспективе — значительно ускорить решение задач вычислительного материаловедения. Однако для демонстрации вычислительного преимущества в этих задачах также требуются сотни тысяч и миллионы кубитов. Так что для решения практических задач необходимо значительно увеличить количество кубитов — то есть масштабировать квантовый компьютер.
Таким образом, можно говорить о том, что сформированы единые требования к оборудованию, что, в свою очередь, обеспечит конкурентоспособность и качество продукции, а также повысит экономическую эффективность внедрения технологии", — процитировали в НТИ слова замгендиректора РЖД Анатолия Храмцова. Отдельное внимание было уделено вопросам квантового распределения ключей, поскольку это наиболее исследованный и проработанный на мировом и национальном уровне раздел тематики квантовых коммуникаций. Стандарты содержат основные понятия и принципы по передаче информации по квантовым каналам и подходы к построению квантовых коммуникационных сетей.
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.
Как будет развиваться квантовый интернет
До конца года в России построят ещё 1400 км квантовой сети Такая связь обладает почти абсолютной криптографической защитой. Потенциальные потребители — банки, сотовые операторы и крупные компании Заместитель председателя правительства РФ Дмитрий Чернышенко сообщил, что планируется строительство новых участков квантовой сети протяжённостью более 1400 км. Он упомянул об этом на совещании премьер-министра Михаила Мишустина с вице-премьерами.
Сейчас активно ведутся поиски замены RSA, способной защитить информацию будущего.
И, неожиданно, самый реалистичный вариант — квантовая связь. Пересылка информации, зашифрованной в состояниях связанных фотонов или ионов. Большой прогресс в этом направлении есть у физиков Европы, в Чикаго уже построена сеть-прототип, и даже у России с Китаем есть свои наработки, ведущие индустрию к квантовой связи с помощью спутников.
Квантовый интернет может быть гораздо ближе, чем вам кажется. Это будет длинная статья, так что начнем по порядку. Что такое квантовый компьютер?
Квантовый компьютер вычисляет и отправляет информацию с помощью кубитов, то есть квантовых битов. Это аналоги нулей или единиц в обычных компьютерах, только они реализованы с помощью квантовых частиц скажем, фотонов, ионов, ядер атомов , находящихся в суперпозиции. Они могут показать либо ноль, либо единицу, но до момента их измерения состояние этих частиц описывается волновой функцией, показывающей вероятность измерения того или иного значения.
Чаще всего используется система минимум из двух кубитов. В таком случае итоговых измерения становится четыре: 00, 01, 10 и 11. Измерение каждого из значений сопровождается своей вероятностью.
Как и современные обычные ЭВМ с битами. Но поскольку до момента измерения вся связанная система находится в суперпозиции всех состояний одновременно, она может работать в миллионы, а то и в триллионы раз быстрее классической. Во время измерения волновая функция просто коллапсирует до нужного состояния, как до единственно верного.
Сложности вычислений путем перебора для квантового компьютера с достаточным количеством кубитов просто не существует. Поэтому любая защита данных, реализованная с помощью обычных компьютеров, перестанет работать Пароль любой длины и любой сложности будет подобран за микросекунду — как только появится квантовый компьютер с достаточным количеством кубитов, чтобы выдать строку нужной длины.. Если в руках у злоумышленника появится такой инструмент, он сможет получить даже доступ ко всем ядерным объектам и электростанциям.
Получается, безопасная передача важной информации в Сети может быть реализована только за счет тех же кубитов. Поскольку они находятся в суперпозиции до момента их измерения, как только злоумышленник попытается получить данные — всем будет ясно, что что-то не так. Можно настроить систему так, чтобы она не принимала заранее измеренные данные, помечая их как украденные.
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.
Но можно ли считать, что на этом этапе основные научные задачи решены и развитие квантовых технологий переходит полностью в плоскость инженерных разработок? Оказывается, что ряд актуальных задач требует смены парадигмы. Проблема масштабирования Квантовый компьютер необходим для решения определенных классов задач, для которых принципиально невозможно эффективно применять привычные нам классические компьютеры и суперкомпьютеры.
Первоначальная идея, возникшая на заре развития квантовых вычислений, состояла в том, чтобы использовать квантовый компьютер для моделирования других квантовых систем, например, молекул и материалов, — это была концепция, высказанная Ричардом Фейнманом в начале 1980-х. Задачи моделирования материалов крайне важны для многих практических применений, например, в авиационной отрасли, а моделирование молекул принципиально важно для фармакологии. Однако уже в это же время анализом потенциала применения квантовых систем для вычислений в гораздо более широком контексте занимался Юрий Манин. В его книге «Вычислимое и невычислимое», опубликованной в 1980 году, обсуждалось, что большие квантовые системы крайне затруднительно анализировать с помощью классических компьютеров — возможность находиться в нескольких состояниях квантовая суперпозиция и проявление корреляций между объектами квантовой природы квантовая запутанность приводят к тому, что количество ресурсов времени и памяти для вычислений свойств квантовых систем растет экспоненциально.
Начиная с 1990-х формализация идей Манина и Фейнмана привела к бурному исследованию квантовых алгоритмов: появились идеи использования квантовых компьютеров для решения криптоанализа, оптимизации, решения линейных уравнений и т. Однако каждая из этих задач требует большого количества кубитов — базовых вычислительных элементов квантового компьютера. Банковские транзакции. Например, для взлома алгоритма RSA-2048, который сегодня используется для криптографической защиты информации, с помощью известного квантового алгоритма Шора необходимо 20 миллионов кубитов, тогда как наиболее мощные на сегодняшний день квантовые вычислительные устройства оперируют сотнями кубитов.
Другим примером применений квантовых компьютеров является моделирование. Например, с помощью квантовых алгоритмов можно рассчитывать параметры сложных молекул, а в перспективе — значительно ускорить решение задач вычислительного материаловедения. Однако для демонстрации вычислительного преимущества в этих задачах также требуются сотни тысяч и миллионы кубитов. Так что для решения практических задач необходимо значительно увеличить количество кубитов — то есть масштабировать квантовый компьютер.
Важная задача при этом не потерять качества контроля над кубитами. Только одновременное увеличение количества кубитов и качества операций с ними — залог роста мощности квантовых компьютеров, приближающего их к решению практических задач. Поиск идеальной системы Сегодня несколько физических платформ борются за статус лидера в области квантовых вычислений.
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.
Росатом обещает до 2030 года запустить квантовый интернет
Шифрование государственной важности Глобальная квантовая индустрия еще только формируется, сказал «Известим» Александр Повалко. Комплексные платформенные решения существуют только в Китае, поэтому новый проект является уникальным для России, добавил Александр Повалко. Учеными созданы самые долгоживущие сверхпроводниковые элементы Однако подобные проекты очень капиталоемкие, поэтому, помимо господдержки исследований, для запуска квантовой сети потребуется серьезное коммерческое финансирование, отметил Юрий Курочкин. По его мнению, в перспективе квантовые коммуникации станут технологией, обладание которой будет определять возможность цифрового суверенитета для государства. Как писали «Известия» , «Ростелеком» планирует создание сети передачи данных с квантовым шифрованием по маршруту Москва—Удомля Тверская область , между городами, в которых расположены крупнейшие дата-центры компании.
Там базируются в том числе государственные информационные системы, которые требуют самой высокой степени защиты от взлома и утечек.
А в будущем, по мнению Р. Юнусова, программисты будут — через веб-интерфейс, на высокоуровневом языке — создавать программы на квантовых компьютерах, не задумываясь об их физической природе. Как объяснил руководитель научной группы «Российского квантового центра» Алексей Федоров, квантовый Интернет нужен для долгосрочной поддержки особого состояния квантов, позволяющего проводить вычисления.
Нестабильность такого состояния — одна из ключевых проблем: оно разрушается до того, как происходит имеющее ценность вычисление. Один из интенсивно изучаемых во всем мире способов устранить эту проблему — объединение маленьких прототипов квантовых компьютеров, состоящих из нескольких десятков кубитов, в кластеры с помощью каналов передачи квантовой информации — фотонных интерконнекторов. Теоретически в итоге процессор должен считать лучше и точнее за счет увеличения вычислительной мощности. Один из ведущих трендов в развитии квантовых компьютеров — модульная структура с ионными ловушками устройствами для контроля ионов.
Объединение реализуется по-разному для разных платформ. Поэтому возникла идея объединять вычислительные модули фотонным интерконнектором — тогда вычислительная мощность вырастет без увеличения количества элементов в одном модуле. Нейтральные атомы в невозбужденном состоянии хранят информацию, а в возбужденном — передают ее. В системе из нескольких модулей некоторые из них могли бы хранить промежуточную информацию, необходимую для вычислений, и передавать ее потом в другой модуль.
Необходимо, однако, не только распределять квантовый ключ метод передачи ключа шифрования для гарантированной защиты информации , но и передавать информацию, защищая ее с помощью квантовых технологий. Еще одно направление исследований — объединение квантовых сенсоров в сети, дабы достичь большей точности за счет распределенного механизма измерения времени, например, стандарта частоты. Каждая из этих областей нуждается в квантовом Интернете — соединении квантовых устройств квантовыми коммуникационными каналами, поэтому следующий качественный скачок из существующего состояния — это именно квантовый Интернет. Ликвидация отставания и объединение ответственных Нынешний этап развития квантовой темы с участием Росатома начался три года назад, когда Росатом защитил дорожную карту по квантовым технологиям.
Затем ее разделили на три: квантовые вычисления, квантовые коммуникации и квантовые сенсоры. В Росатоме сегодня развиваются четыре направления, признанных в мире наиболее перспективными: кванты на сверхпроводниках, на холодных атомах, на ионах и на фотонах. РЖД уже запустили первые квантовые сети и пилотные проекты. Главные задачи всех дорожных карт — сокращение отставания России в развитии квантовых технологий и поиск тех направлений, в которых она могла бы выйти в мировые лидеры, — решены.
Как отметила директор по цифровизации Росатома Екатерина Солнцева, еще три года назад отставание России от других стран составляло приблизительно семь-десять лет, и не было направлений, где страна была бы в лидерах. Сейчас таких направлений как минимум два. Первое — квантовые алгоритмы. Как заявила Е.
Солнцева, наши ученые впервые в мире разработали квантовый алгоритм для решения практической задачи в атомной отрасли. Второе направление — разработка прототипов квантовых процессоров на базе ионов. Ученые из Физического института Академии наук разработали процессор на кукварте — кудите с четырьмя энергетическими уровнями. Юнусов отметил, что сегодня усилия по дорожным картам стоит снова объединить.
Его поддержала управляющий директор по национальным проектам госкорпорации «Ростех» Анна Шарипова: «Мы намерены на этом этапе двигаться вместе, не растаскивать научные мысли по разным углам, а создавать единый стрим квантовых технологий». Росатом и Ростех обсуждают с Минцифры и Минпромторгом возможности объединения усилий для создания квантовых сенсоров; стороны договариваются об организационной форме сотрудничества. Ростех готов предоставить для работы оптическое, фотоэлектронное и оптоэлектронное оборудование, а также технологии своих предприятий для создания квантовых сенсоров. Размежевание, по словам А.
Шариповой, если и произойдет, то позднее, когда появятся различные продукты и рыночные ниши.
Они поставили перед собой цель создать так называемый второй Интернет, который будет функционировать вместе с существующими сетями мира, используя законы квантовой механики для более безопасного подключения и обмена информацией. Квантовая технология стремится использовать различные свойства атомов, фотонов и электронов для создания более мощных компьютеров и других инструментов для обработки информации. Квантовый Интернет опирается на фотоны, обладающие квантовым состоянием, известным как запутанность, что позволяет им обмениваться информацией на большие расстояния без физической связи.
Дэвид Авшалом, профессор Притцкерской школы молекулярной инженерии Чикагского университета и старший научный сотрудник Аргоннской национальной лаборатории, назвал интернет-проект опорой программы квантовых исследований в стране. Это рождение новой технологии. Это становится глобальной конкуренцией. Каждая крупная страна на земле запустила квантовую программу … потому что становится все яснее и яснее, что это окажет большое влияние на нас всех.
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.
Шаг к квантовому интернету: квантовую информацию передали по обычному оптоволокну
Американские ученые создают на основе квантовой физики систему более безопасного и мощного интернета, пишет The Washington Post. Мечта коллектива — создать квантовый процессор, который решает задачи быстрее, чем суперкомпьютер, и пригодится широкому кругу людей. Каждая из этих областей нуждается в квантовом Интернете — соединении квантовых устройств квантовыми коммуникационными каналами. Квантовый интернет — это технология передачи данных, использующая квантовую запутанность, благодаря которой информация может быть передана мгновенно и абсолютно. Международная группа ученых из Великобритании и Германии добилась прорыва в работе над созданием квантовых информационных сетей, которые в будущем могут прийти на смену.
Сверхбезопасный квантовый Интернет уже близко
Любой заинтересованный пользователь в начале своего пути знакомства с квантовым компьютером сможет реализовать первый квантовый алгоритм по разработанным нашей командой туториалам, то есть, например, реализовать алгоритм поиска по неупорядоченной базе данных или алгоритм разложения чисел на простые множители», — рассказали эксперты. Они также отметили, что доступ будет как платным, так и бесплатным. Все будет зависеть от конкретного запроса пользователя, от необходимых мощностей для решения задач, а также от необходимости консультирования по решению задач с помощью квантовых алгоритмов. Сейчас на мировом рынке цена доступа сильно варьируется в зависимости от типа используемого оборудования.
Результат проекта представляет высокий научный потенциал для развития российской отрасли квантовых вычислений", — прокомментировал нововведение генеральный директор Фонда НТИ Вадим Медведев. 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.
Одна из таких задач — полноволновая сейсмическая инверсия. Это запись параметров распространения акустических волн в недрах с течением времени — 4D-модель. Конкуренция квантов с традиционными системами «С моей точки зрения, серьезную рыночную тягу на квантово защищенную связь можно будет создать только тогда, когда будут достаточно серьезно скомпрометированы традиционные алгоритмы шифрования или появятся такие вычислители, которые будут взламывать их», — заявил Б.
Дело в том, что квантовое распределение ключа можно выполнять чаще, проще и почти без участия человека. Но важнейшие функции защиты работают и на существующих технологиях, и взломать классическую, зашифрованную неквантовую связь очень непросто. Мысль развил А. Федоров, напомнив о постквантовой криптографии — классических криптоалгоритмах, остающихся эффективными даже при использовании квантовых компьютеров. Их можно внедрять быстро, просто и очень дешево, поэтому высока вероятность, что они останутся конкурентоспособными. И судя по развернувшейся дискуссии, создание «квантово вдохновленных» алгоритмов, работающих быстрее из-за надвигающейся конкуренции с квантами, вполне можно считать одним из трендов современных информационных технологий. Квантовые скептики Финансы тоже нуждаются в оптимизации. По словам вице-президента, директора управления исследований и инноваций блока «Технологии» Сбербанка Альберта Ефимова, необходимы оптимизация кредитного портфеля и сокращение ложноположительных срабатываний защиты от фрода fraud — обман; термин, обозначающий телефонное мошенничество. Обе задачи требуют огромных вычислительных ресурсов, так что квантовые технологии могут помочь их решению.
Однако акцент финансист сделал на другом. Мы в основном только общаемся на эту тему, и есть определенные, очень локальные успехи», — заявил он, подчеркнув, что сейчас продать квантовый компьютер не сможет ни одна лаборатория в мире. Проблема, с его точки зрения, даже не в отсутствии компьютера, а в том, что, когда он появится, придется переделывать всю информационную экосистему: понадобятся новые языки программирования, операционные системы, переподготовка программистов. Ефимов подхватил мысль о том, что перспективными могут быть не столько квантовые компьютеры, сколько новые, более быстрые алгоритмы, работающие на существующих технических принципах см. В частности, он отметил бурное развитие квантового e-mail. Однако это может означать потребность не столько в квантовом процессоре, сколько в специалистах, понимающих, как работает квантовый компьютер, чтобы симулировать квантовые процессы на классических компьютерах. Корольков поддержал А. Ефимова, заявив, что над квантовыми алгоритмами в России работают «две с половиной команды». Но самое любопытное, по мнению А.
Федорова, — то, что претензия к недостаточной проработке алгоритмов вообще прозвучала — пять лет назад подобная дискуссия не состоялась бы. Возразил А. Ефимову и директор департамента науки и образования фонда «Сколково» Александр Фертман: данными владеют вовсе не те, кто так полагает. Игра должна быть равноправной, иначе проиграют все», — подытожил он. С этим А. Ефимов не смог не согласиться: «Важно, чтобы мы все объединились и каждый нащупал нишу, в которой он будет работать. Большие молодцы — наши коллеги, прежде всего в Росатоме, сохраняющие кооперацию. Одной компании, при всем уважении, квантовый компьютер не сделать». Поднять деньги и интересные задачи А.
Это не просто разговоры, это серьезная большая работа. И если в нее сейчас не инвестировать, то никаких технологий не появится.
По словам специалиста, на сегодняшний день мы находимся на границе второй квантовой революции, отмеченной такими достижениями, как создание универсальных квантовых компьютеров, способных выполнять вычисления, недоступные современным устройствам. Одной из основных задач является создание квантовой системы, которая будет достаточно велика для обработки больших данных, но при этом сохранит свои квантовые свойства.
Одно из возможных решений, которое предлагают ученые, — это разработка устройств на основе принципа квантового интернета.
В США разрабатывают практически невзламываемый квантовый интернет
Они также отметили, что доступ будет как платным, так и бесплатным. Все будет зависеть от конкретного запроса пользователя, от необходимых мощностей для решения задач, а также от необходимости консультирования по решению задач с помощью квантовых алгоритмов. 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.
Первая успешная передача квантовой информации По информации из материала на Science Advances , эта система базируется на КТ, которая создает фотоны , они затем сохраняются в квантовой памяти на облаке атомов рубидия. Эта память может активироваться и деактивироваться с помощью лазера , позволяя управлять хранением и извлечением фотонов по требованию. Один из ключевых достижений заключается в совпадении длины волны фотонов с длиной волны, используемой в телекоммуникационных сетях, что делает возможным их передачу через стандартные волоконно-оптические кабели. На 17 апреля 2024 г. Доктор Патрик Ледингем Patrick Ledingham из Университета Саутгемптон рассказал о том, что этот шаг является важным подтверждением концепции и успех в его реализации был достигнут благодаря сбору экспертов с необходимым специализированным оборудованием и их совместной работе над синхронизацией устройств. Ледингем добавил, что этот прорыв может стать началом новой эры в квантовых технологиях, поскольку он предоставляет основу для будущего квантового интернета. В этом новом поколении сетей безопасность и скорость передачи данных достигнут невиданных ранее высот.
Связывание удаленных локаций и квантовых компьютеров является критически важной задачей для будущих квантовых сетей. Потребность в квантовой памяти Разработкой квантовых вычислительных устройств на разных элементных базах занимаются практически все на апрель 2024 г. По информации исследователей из Университета Саутгемптона , квантовые сети отличаются от классических сетей, использующих биты, байты и пакеты, где классическую информацию можно копировать и усиливать. На квантовую информацию распространяется действие теоремы о запрете клонирования, которая гласит, что квантовую информацию нельзя скопировать так, как это можно сделать с классическими данными. Это свойство делает квантовую информацию чрезвычайно безопасной, но усложняет передачу квантовой информации на очень большие расстояния.
Но можно ли считать, что на этом этапе основные научные задачи решены и развитие квантовых технологий переходит полностью в плоскость инженерных разработок? Оказывается, что ряд актуальных задач требует смены парадигмы. Проблема масштабирования Квантовый компьютер необходим для решения определенных классов задач, для которых принципиально невозможно эффективно применять привычные нам классические компьютеры и суперкомпьютеры.
Первоначальная идея, возникшая на заре развития квантовых вычислений, состояла в том, чтобы использовать квантовый компьютер для моделирования других квантовых систем, например, молекул и материалов, — это была концепция, высказанная Ричардом Фейнманом в начале 1980-х. Задачи моделирования материалов крайне важны для многих практических применений, например, в авиационной отрасли, а моделирование молекул принципиально важно для фармакологии. Однако уже в это же время анализом потенциала применения квантовых систем для вычислений в гораздо более широком контексте занимался Юрий Манин. В его книге «Вычислимое и невычислимое», опубликованной в 1980 году, обсуждалось, что большие квантовые системы крайне затруднительно анализировать с помощью классических компьютеров — возможность находиться в нескольких состояниях квантовая суперпозиция и проявление корреляций между объектами квантовой природы квантовая запутанность приводят к тому, что количество ресурсов времени и памяти для вычислений свойств квантовых систем растет экспоненциально. Начиная с 1990-х формализация идей Манина и Фейнмана привела к бурному исследованию квантовых алгоритмов: появились идеи использования квантовых компьютеров для решения криптоанализа, оптимизации, решения линейных уравнений и т. Однако каждая из этих задач требует большого количества кубитов — базовых вычислительных элементов квантового компьютера. Банковские транзакции. Например, для взлома алгоритма RSA-2048, который сегодня используется для криптографической защиты информации, с помощью известного квантового алгоритма Шора необходимо 20 миллионов кубитов, тогда как наиболее мощные на сегодняшний день квантовые вычислительные устройства оперируют сотнями кубитов.
Другим примером применений квантовых компьютеров является моделирование. Например, с помощью квантовых алгоритмов можно рассчитывать параметры сложных молекул, а в перспективе — значительно ускорить решение задач вычислительного материаловедения. Однако для демонстрации вычислительного преимущества в этих задачах также требуются сотни тысяч и миллионы кубитов. Так что для решения практических задач необходимо значительно увеличить количество кубитов — то есть масштабировать квантовый компьютер. Важная задача при этом не потерять качества контроля над кубитами. Только одновременное увеличение количества кубитов и качества операций с ними — залог роста мощности квантовых компьютеров, приближающего их к решению практических задач. Поиск идеальной системы Сегодня несколько физических платформ борются за статус лидера в области квантовых вычислений.
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. Началась гонка технологий между разными группами интересов, и в неё вливаются хорошие деньги. До полноценной реализации технологии, кажется, надо совсем немного. Что осталось создать для реализации квантового интернета? О недостатке денег индустрия точно не переживает: каждая страна хочет стать первой в разработке нового вида связи Квантовый интернет — уже совсем не теория, какой он был еще десять лет назад. Но и на практике его реализовать пока до конца не получилось. У нас есть отдельные компоненты: мы умеем генерировать, передавать и считывать кубиты. Но чтобы это вышло за пределы научных лабораторий, нам нужны еще некоторые разработки, а именно: 1.
Более стабильные кубиты Кубиты закодированы в квантовых состояниях субатомных частиц. И эти состояния очень легко нарушить — скажем, вибрациями или колебанием температуры. В таком случае все данные, которые несли кубиты, теряются. Чтобы такого не допустить, квантовые компьютеры изолируются от мельчайших вибраций и охлаждаются до температур близких к абсолютному нулю. Это стоит довольно дорого и не сможет свободно масштабироваться на дата-центры. Поэтому есть запрос к созданию нового типа кубита — который сможет работать при комнатных температурах и неидеальных условиях. Один из таких — «дефектные» кубиты или кубиты с дефектным спином. Они были впервые получены в 2016 году. В молекулах невероятно твердых материалов, таких как карбид кремния или алмаз, сфокусированным пучком ионов создаются полости, «дефекты». По своим особенностям эти «дырки» похожи на застывшие атомы, и могут быть сопряжены друг с другом.
При этом они являются намного более стабильными, поскольку за их удержание отвечает окружающая кристаллическая решетка. Им не нужно криогенное хранение, и они не так чувствительны к вибрациям. Если научиться хранить в них квантовую информацию, проблема масштабирования технологии отчасти будет решена. В феврале 2022 года ученые из Чикаго сообщили, что они научились поддерживать квантовое сопряжение между «дефектными» кубитами в течение 5 секунд, а затем считывать хранящуюся внутри них информацию. Пока что это рекорд для такого типа кубитов. Квантовый повторитель Одна из проблем квантовой связи на больших расстояниях — высокая вероятность потери фотонов или их сопряжения. Это наглядно продемонстрировал китайский эксперимент, в котором только один фотон из шести миллионов смог добраться до цели и быть правильно считанным. Если бы такой процент полезной информации был у нас в обычной связи, никакого интернета бы не получилось. Эту проблему в теории решает квантовый повторитель. Он создает запутанность в канале, аналогичную той, которую получил.
Учёным в России впервые дали облачный доступ к квантовому ионному компьютеру
Представители Госкорпорации «Росатом» сообщили, что главной задачей с 2025 по 2030 годы станет объединение первых квантовых процессоров в общую сеть и создания на ее базе. Российский квантовый центр (РКЦ) и VK подписали соглашение о стратегическом сотрудничестве, они планируют развивать квантовые вычисления на облачной платформе VK. Министерство энергетики США в ходе пресс-конференции, прошедшей 23 июля, сообщило о разработке «практически невзламываемого квантового интернета». Заместитель председателя правительства РФ Дмитрий Чернышенко сообщил, что планируется строительство новых участков квантовой сети протяжённостью более 1400 км. Это изобретение приближает нас на шаг ближе к созданию квантового интернета, где данные будут передаваться со скоростью человеческой мысли.