Когда квантовые компьютеры станут широко распространенными, им потребуется надежный квантовый интернет. Международная группа ученых из Великобритании и Германии добилась прорыва в работе над созданием квантовых информационных сетей, которые в будущем могут прийти на смену. "Росатом" сообщил, что планирует к 2030 создать "квантовый интернет" на основе квантовых компьютеров. Но самое главное: создатели машины также подключили её к интернету. То есть столь мощный квантовый компьютер впервые стал доступен для общественности.
Квантовый интернет - что это, как работает? Преимущества. Квантовая сеть
| Квантовые компьютеры и квантовый интернет изменят нашу жизнь! | Это изобретение приближает нас на шаг ближе к созданию квантового интернета, где данные будут передаваться со скоростью человеческой мысли. |
| США готовит квантовый интернет, который будет невозможно взломать — Washington Post | Появление квантового интернета откроет широчайшие перспективы по ускорению производительности устройств. |
Квантовый интернет - что это, как работает? Преимущества. Квантовая сеть
Увеличение мощности квантовых компьютеров за счет соединения их в квантовые сети. Коммерциализация квантовых технологий за счёт запуска стартапов и развития сотрудничества с компаниями. Интеграция научной, образовательной и проектной деятельности для развития практико-ориентированного подхода к обучению и усилению научного и коммерческого потенциала вуза. Развитие инфраструктуры Качественное улучшение экспериментальной научно-исследовательской инфраструктуры в широкой кооперации с ведущими научными центрами и индустриальными партнерами.
Для квантового распределения ключа надо выделять фактически прокладывать отдельное волокно, чтобы данные передавались по одному оптоволокну, а ключи — по второму. Проблема постепенно решается: Б. Глазков отметил, что уже появились решения, позволяющие использовать для передачи ключей и данных одну и ту же линию. Правда, пока максимальное расстояние передачи не превышает 40 км. О поиске вариантов использования квантов в нефтегазовой отрасли рассказал руководитель центра цифровых технологий «Газпромнефти» Михаил Корольков. Квантовые вычисления интересуют компанию как средство решения оптимизационных задач в области логистики, а также создания геологических моделей, где учитывается большое число факторов. По словам М. Около двух лет назад специалисты компании выявили все вычислительно сложные задачи и теперь ведут системную работу по их решению. Суть ее в том, чтобы выявить математическое ядро вычислительной задачи и определить, как квантовые алгоритмы могут ускорить ее решение и на каких устройствах лучше проводить вычисления. Выяснилось, что одни задачи решить невозможно, для других отсутствуют алгоритмы, и только некоторые все же оказались интересными. 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.
Квантовый интернет уже близко 2022. Технологии, которые используют силу мельчайшего масштаба природы, демонстрируют огромный потенциал научного спектра. 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.
В ближайшем будущем квантовый интернет будет не отдельной сетевой структурой, а дополнительным функционалом поверх существующего. Пользователи будут большую часть времени работать с обычной сетью с обычного компьютера, а подключаться к квантовой только для конкретных задач например, финансовых операций. В настоящее время многие производители разрабатывают чипы, которые могут позволить классическому компьютеру подключаться к квантовой сети. Основная проблема — дефицит подходящей инфраструктуры, в том числе современных оптоволоконных кабелей. По оценке ученых, это задержит распространение квантового интернета примерно на десятилетие, а подключение пользователей в крупных городах займет еще пять-десять лет. Тем не менее, на сегодня имеются вполне значительные практические наработки в области квантовых сетей. Китай добился прогресса в области применения квантового распределения ключей QKD на расстоянии 745 миль — лучший на сегодняшний день результат. В России начала работу первая линия квантовой связи. Она имеет протяженность 700 км, что делает ее самой крупной в Европе. Строительство вели РЖД на базе собственных оптоволоконных сетей, и к 2024 году протяженность линий квантовой связи возрастет до 7000 км. ЕС учредил для разработки стратегии квантового интернета Quantum Internet Alliance и достиг запутанности на расстоянии 31 мили. Министерство обороны США разработало запутывание 52-мильной «квантовой петли», которая, по прогнозам, будет масштабирована до 80-мильной. У них всего по два или три узла, но некоторые из них достигают протяженности более 100 километров. Квантовый интернет не придет моментально, но будет наступать шаг за шагом. Использованные источники:.
США готовит квантовый интернет, который будет невозможно взломать — Washington Post
По мнению Чернышенко, потенциальными потребителями квантовых коммуникаций могут стать крупнейшие банки, сотовые операторы и другие участники рынка. Мы уже писали о том, что РЖД планирует протестировать квантовую связь между «Ласточкой» с функцией «автомашинист» и центром управления движением на полигоне в Москве.
Альтернативой усилителям в квантовых сетях является квантовая телепортация , передающая квантовую информацию кубиты получателю. Это позволяет избежать проблем, связанных с отправкой одиночных фотонов по длинной линии передачи с высокими потерями. Однако для осуществления квантовой телепортации необходима пара запутанных кубитов , по одному на каждом конце линии передачи.
Квантовые повторители позволяют создать запутанность в удалённых узлах без физической отправки запутанного кубита на всё расстояние. В этом случае квантовая сеть состоит из множества коротких каналов связи , длинной десятки или сотни километров. В простейшем случае, с одним повторителем, создаётся две пары запутанных кубитов:.
Ожидаемые результаты Создание сетей квантовых компьютеров, систем охлаждения и специальных каналов связи, малогабаритных квантовых процессоров, объединенных фотонными интерфейсами, распределенных квантовых симуляторов как устройств для моделирования квантовых свойств материалов.
Создание экспериментальных методов и теоретических основ для построения связей между сверхпроводниковыми квантовыми процессорами с использованием квантовых свойств микроволновых фотонов для демонстрации квантовой связи через локальные микроволновые сети, представляющие собой сверхпроводящие кабели и волноводы. Создание интерфейса квантово-когерентной трансформации радиоволн в «оптику» и оптических сигналов в радиоволны, усовершенствованной системы квантовой криптографии.
В основе идеи специалистов QuTech лежит принцип очень быстрой обработки кубитов, поскольку они не могут находиться в памяти длительное время. Это обеспечит высокую скорость передачи информации, а явление квантовой запутанности, еще одна основа протокола, даст возможность максимально защитить передаваемые данные. Явление квантовой запутанности подразумевает взаимозависимость двух и более объектов, в данном случае кубитов, и их неразрывную связь друг с другом. Попытка перехвата данных приведет к изменению квантового состояния одного или нескольких кубитов и, как следствие, к потере передаваемой информации. Другими словами, информацию может получить исключительно целевое устройство — несанкционированный доступ к ней исключен. Технические подробности о работе первого протокола квантовой сети Стефании Вейнер оставила в тайне. Она уточнила лишь, что для работы квантового интернета вполне сгодится физическая инфраструктура обычного интернета. По мнению исследователей, кристалл, обладающий «странными квантовыми свойствами», может применяться в том числе для создания сети следующего поколения — квантового интернета. По его словам, исследователям удалось значительно улучшить жизненно важный компонент для практического применения квантового интернета — время хранения квантовой памяти. Теоретически единицу информации квантовых компьютеров кубит можно сохранить с помощью фотонов, которые изменяют энергетические уровни атомов. Состояния «0» и «1» обеспечиваются низкими и высокими уровнями энергии, однако считывать подобную информацию достаточно сложно — атомы могут просто разойтись или "переизлучить" фотон, содержащий кубит, в случайном направлении. В его основе лежит эрбий — ион редкоземельного элемента, квантовые свойства которого позволяют ему передавать-принимать данные посредством волн длиной 1550 нм. Такие же волны используются в современных волоконно-оптических системах. В ходе эксперимента было установлено, что применение эрбия при передаче квантовых состояний устраняет необходимость в процессе преобразования, более того, их передача осуществима в существующих телекоммуникационных сетях. Исследователям удалось доказать, что ионы эрбия в кристалле могут хранить квантовую информацию на протяжении секунды — в 10 тыс. Однако ученым еще предстоит «разогнать» ионы редкоземельного элемента для обеспечения циркуляции квантовой информации по всей глобальной сети. Применение Как отметила д-р Роуз Ахлефельдт, сотрудник Центра квантовых вычислительных и коммуникационных технологий ANU, квантовая память с продолжительностью жизни в 1 секунду позволит буферизовать и синхронизировать информацию, что необходимо для квантовой связи на больших расстояниях. Технология может также работать как квантовый источник света или применяться для оптической связи между твердотельными квантовыми вычислительными устройствами, подключенными к квантовому интернету. По утверждению исследователей ANU, разработанный кристалл совместим с существующей волоконной оптикой и со сверхпроводящими кубитами, разрабатываемыми Google и IBM , при этом сможет работать со многими типами квантовых компьютеров, включая CQC2T.
Мы все ближе к квантовому Интернету. Но что это такое?
| «Квантовые технологии и квантовый компьютер»: запись трансляции, видеоитоги. | Смотрите прямой эфир и другие видео Первого канала без интернет-рекламы. |
| Эксперимент с участием России доказал: квантовый интернет реален | Futurist - будущее уже здесь | Госкорпорация «Росатом» планирует к 2030 году создать «квантовый интернет» на основе квантовых компьютеров, рассказали в Российском квантовом центре. |
Ученые впервые организовали онлайн-доступ к отечественному квантовому компьютеру
↑ Квантовый интернет: H.J. Kimble, The Quantum Internet. Технологии будущего: квантовая связь и квантовый интернет слушать онлайн на Яндекс Музыке. Это изобретение приближает нас на шаг ближе к созданию квантового интернета, где данные будут передаваться со скоростью человеческой мысли. Российские учёные впервые получили удалённый доступ к мощностям отечественного квантового компьютера, разработка которого началась в 2020 году при поддержке Фонда НТИ.
Квантовая защита: как работает сеть связи, которую невозможно прослушать
Нажав на радиоприемник, вы запустите алгоритм MelodyRNN, он генерирует случайный мотив. Сайтом можно пользоваться с телефона и компьютера. Технология недели: ударные беспилотники научились сами выбирать цели Американская компания General Atomics Aeronautical Systems провела летные испытания беспилотника MQ-9 Reaper, оснащенного системой Agile Condor. С помощью искусственного интеллекта она может находить цели и наносить по ним удары. Agile Condor также сама предлагает оператору-человеку новые мишени на основе предыдущих заданий. Сейчас каждым беспилотником Reaper управляют два человека: один отвечает за пилотирование, второй — за выбор целей. Система Agile Condor снизит нагрузку на людей, благодаря чему управлять беспилотником в перспективе сможет один человек. Инициатива недели: Китай предложил ввести мировые стандарты безопасности данных В августе 2020 года США запустили программу Clean Network «Чистая сеть» , которая запрещает китайским ИТ- и телеком-компаниям вести бизнес на территории страны. В ответ на это Китай предложил разработать мировые стандарты безопасности данных. Пекин уверен, что все страны должны уважать законодательство других государств в технологической сфере. Министр иностранных дел страны Ван И призвал мировое сообщество разработать комплексный подход, который позволит без предвзятости относиться к любым данным и обеспечить суверенитет всех стран в интернете.
Пекин будет продвигать свою инициативу с помощью двусторонних и региональных соглашений. Кейс недели: дополненная реальность для уроков геологии Для уроков географии и геологии учителю нужны модели минералов и образцы горных пород, но не все школы могут купить дорогие макеты.
Наша команда занимается созданием квантовых алгоритмов, эмуляторов квантовых компьютеров и инструментов работы с ними. Стратегическое партнерство с VK — это возможность сделать наши разработки на шаг ближе к конечному потребителю. Уже сейчас мы видим интерес к квантовым алгоритмам не только со стороны университетов и исследовательских центров, но и крупного бизнеса», — отметил руководитель научной группы «Квантовые информационные технологии» Российского квантового центра Алексей Федоров. Облачная платформа, как уже показали тесты, стабильно выдерживает нагрузку и позволяет быстро масштабироваться в зависимости от требований к числу кубит, — комментирует управляющий директор VK Tech. Павел Гонтарев, — Чтобы сделать технологии нового поколения доступными широкой аудитории, важно обеспечить их надежность и простое управление процессами.
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. При классической передаче данных используются усилители, чтобы улучшить сигнал во время передачи, однако в квантовых сетях, согласно теореме о запрете клонирования, усилители использовать нельзя. Альтернативой усилителям в квантовых сетях является квантовая телепортация , передающая квантовую информацию кубиты получателю. Это позволяет избежать проблем, связанных с отправкой одиночных фотонов по длинной линии передачи с высокими потерями. Однако для осуществления квантовой телепортации необходима пара запутанных кубитов , по одному на каждом конце линии передачи.
Инициатива недели: Китай предложил ввести мировые стандарты безопасности данных В августе 2020 года США запустили программу Clean Network «Чистая сеть» , которая запрещает китайским ИТ- и телеком-компаниям вести бизнес на территории страны. В ответ на это Китай предложил разработать мировые стандарты безопасности данных. Пекин уверен, что все страны должны уважать законодательство других государств в технологической сфере. Министр иностранных дел страны Ван И призвал мировое сообщество разработать комплексный подход, который позволит без предвзятости относиться к любым данным и обеспечить суверенитет всех стран в интернете. Пекин будет продвигать свою инициативу с помощью двусторонних и региональных соглашений. Кейс недели: дополненная реальность для уроков геологии Для уроков географии и геологии учителю нужны модели минералов и образцы горных пород, но не все школы могут купить дорогие макеты. Особенно актуальной проблема стала в период самоизоляции, когда дети учились дистанционно. Современные технологии, в том числе дополненная реальность, помогут преодолеть это препятствие. Оно поможет учителю провести виртуальную экскурсию по заброшенной шахте или показать ученикам, как выглядят марсианские кратеры. Приложение также пригодится на уроках археологии, истории и биологии. Роботы-уборщики будут собирать мусор со дна океанов. В Германии испытали энергоэффективный самолет, по форме напоминающий букву V. Морские исследовательские зонды могут заряжаться от смены давления.
В США придумали, как сделать квантовый интернет более доступным
При попытке перехвата данных, происходит изменение квантового состояния фотона и выдается совершенно другой результат. Дроны легко перемещаются, их запуск быстр и дешев, поэтому в будущем планируется создавать целые эскадрильи дронов для обеспечения глобального квантового интернета. Им удалось впервые сохранить и извлечь данные с квантовых компьютеров, что станет основой для передачи квантовой информации на большие расстояния. Квантовый интернет способен обеспечить высочайший уровень защиты передаваемых данных. Когда квантовые компьютеры станут широко распространенными, им потребуется надежный квантовый интернет. Начало/Квантовая физика/Ученые нашли фотонную связь, позволяющую создать кремниевый квантовый интернет.
Квантовая передача данных: как обстоят дела на сегодняшний день?
Группа физиков из Российского квантового центра и Физического института имени Лебедева впервые показала, как может быть организован онлайн-доступ к отечественному ионному. Заместитель председателя правительства РФ Дмитрий Чернышенко сообщил, что планируется строительство новых участков квантовой сети протяжённостью более 1400 км. На нынешнем этапе развития квантового интернета можно назвать только технологии защиты данных с помощью квантовой криптографии. Появление квантового интернета откроет широчайшие перспективы по ускорению производительности устройств. Квантовые компьютеры вряд ли станут персональными в привычном смысле этого слова, объяснил он
Квантовую телепортацию осуществили на рекордное для городской сети связи расстояние
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. В скором времени, в связи с развитием интернета нового поколения, в онлайн-изданиях станет появляться всё больше новостей о телепортации. Но стоит помнить, что это просто передача квантового состояния частицы через обычную сеть что, правда, тоже сделать очень непросто — ведь это состояние частиц нужно сначала превратить в нули и единицы, а потом «собрать» назад, ничего не потеряв и не изменив. Обычные компьютеры передают информацию с помощью битов, и к получателю по очереди приходит либо 0, либо 1, из которых тот выстраивает нужную информацию. Кубиты вместо этого телепортируют данные через свои квантовые состояния.
Спин, угловой момент вращения элементарных частиц, — самый простой вариант из таких состояний. Но даже в нём можно закодировать немало данных. Если рассматривать направление вращения как маленькую стрелку компаса, направленную либо вниз, либо вверх, можно кодировать в нём информацию, руководя этой иглой. Правда, в данном случае данные записываются не в виде четких значений, а в виде комбинаций из возможных состояний. Исследователи уже научились это делать — записывать информацию в состояниях фотонов или электронов, а потом телепортировать эти данные через интернет и извлекать их. Пока что дистанции не впечатляют, чаще всего составляя несколько десятков километров. Но направление движения понятно.
Дистанции увеличатся, и технология станет доступна большинству из тех, кому она нужна. На что способен квантовый интернет? Квантовый компьютер сам по себе — огромное достижение человечества, сравнимое с полетом в космос. Программировать фотонами или ядрами атомов — до такого не додумались даже лучшие научные фантасты. Если правильно дать задачу квантовому компьютеру с достаточным числом кубитов, становятся тривиальными даже факторизация больших чисел или решение сложных логистических проблем см. Ожидается, что квантовые машины будут полезны для криптографии, открытия новых видов лекарств, новых молекул и новых материалов, в том числе для солнечных батарей. В разработке находятся несколько десятков видов кубитов, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.
Наиболее распространены квантовые точки, ионные ловушки, сверхпроводящие цепи и дефектные спиновые кубиты. Чтобы раскрыть полный потенциал технологии, квантовый компьютер должен иметь возможность обрабатывать большое количество кубитов — тысячи или десятки тысяч. В идеале, кубитов разных типов — для разных задач.
Достаточно просто. На горячее стекло наносится тончайшая алмазная плёнка.
После остывания стекло и алмаз сжимаются, но степень сжатия стекла меньше и оно будет создавать в алмазной плёнке усилие на молекулярное растяжение. Это усилие очень небольшое, но его оказывается достаточно, чтобы структура проявляла улучшенные квантовые свойства. Это проявляется не только в увеличении времени когерентности, но также в возможности управлять кубитами с помощью радиочастот. Кубиты на основе растянутых алмазов становятся менее восприимчивы к помехам и поддаются более простому управлению, что в итоге сделает эксплуатацию квантовых сетей дешевле и доступнее.
Первое из них — принципиальная невзламываемость квантового шифрования, что выводит безопасность на новый уровень. В отличие от классических ключей, устойчивость которых относительна любой ключ может быть вскрыт при условии достаточного времени и приложенных вычислительных мощностей, просто обычно эти условия делают взлом нерациональным , квантовые ключи защищены законами физики. В основе концепции квантовой кибербезопасности так называемой идеи квантового распределения ключей QKD лежит процесс связи между двумя сторонами, при котором отправитель шифрует традиционные данные, кодируя их в кубиты, и передает их получателю, который затем применяет свойства кубитов для декодирования информации.
При этом легко определить, были ли данные скомпрометированы, поскольку прерывание процесса третьей стороной приводит к коллапсу кубитов. Попытка доступа к значению кубита — это квантовый «акт наблюдателя», который нарушает его суперпозицию. Кубит изменит свое состояние, что станет сигналом взлома данных. Несмотря на то, что квантовые вычисления в самом начале пути, квантовое шифрование уже работает — первый QKD банковский перевод был сделан еще в 2004 году. Теоретически эта технология может быть использована для отправки сообщений в чисто квантовой форме, но до этого еще далеко. Однако возможность создать парк принципиально невзламываемых ключей для шифрования классического информационного пакета саму по себе невозможно переоценить. 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.
К российским квантовым компьютерам подключат всех желающих. Какие задачи можно будет решать и сколько это будет стоить? Через эту платформу предполагается обеспечивать доступ к разным квантовым компьютерам.
Также квантовые алгоритмы могут быть полезны для создания новых моделей машинного обучения, которые открывают очень обширные возможности для решения многих проблем, которые стоят перед человеком.
В России рассказали про квантовый интернет
Любой компьютер, даже квантовый, в настоящее время не сможет реализовать весь свой потенциал, если он работает в одиночку. Объединение квантовых компьютеров в сети, информация внутри которых передается в виде световых пучков, может дать возможность для создания квантового интернета. Однако такая возможность упирается не столько в технические проблемы, сколько в фундаментальные физические. Для создания системы узлов, которыми являются элементы квантовой памяти, и каналов передачи информации между ними связана с необходимостью достаточно долго поддерживать когерентное состояние квантовых элементов. Управление квантовым состоянием при этом происходит с помощью оптического взаимодействия между отдельными фотонами и атомами. А время когеренции должно быть порядка времени передачи сигнала то есть не меньше 100 миллисекунд. Его квантовые свойства уникальны тем, что он работает в той же полосе, что и существующие сейчас оптоволоконные сети в современных телекоммуникационных оптоволоконных сетях используется длина волны 1310 или 1550 нанометров, а основной оптический переход иона эрбия соответствует длине волны 1538 нанометров.
Вам может быть интересно, о чем весь этот шум, если вы не ученый, знакомый с квантовой механикой — то есть с поведением материи и энергии в наименьшем масштабе реальности, который особенно отличается от мира, который мы можем видеть вокруг нас. Подвиг исследователей может стать важным шагом в разработке новой, гораздо более мощной версии Интернета в ближайшие несколько десятилетий. Вместо битов, которые использует современная сеть, которые могут выражаться только значениями 0 или 1, будущий квантовый Интернет будет использовать кубиты квантовой информации, которые могут принимать бесконечное число значений. Кубит — это единица информации для квантового компьютера.
Это дало бы квантовому интернету большую пропускную способность, что позволит подключать сверхмощные квантовые компьютеры и другие устройства и запускать приложения, которые просто невозможны с имеющимся у нас Интернетом. Что такое квантовый интернет? Так зачем нам он и что он делает? Для начала, квантовый интернет не является заменой обычного интернета, который у нас сейчас есть. Скорее это дополнение к нему. Он мог бы позаботиться о некоторых проблемах, которые мешают нынешнему интернету.
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. В результате квантовые компьютеры смогут эффективно и быстро решать самые сложные математические и физические задачи, а также передавать информацию по скоростной сети интернет. Также по теме Продукт «передовых идей»: какие задачи будет решать новый российский суперкомпьютер В подмосковной Дубне заработал новый суперкомпьютер — третий по мощности в России.
Так что, если все действительно будет так, то уже на рубеже следующего десятилетия нас ожидает совершенно новый опыт использования сети интернет.