Новые разработки европейских ученых дают импульс созданию сетевой инфраструктуры, основанной на квантовой физике. Объясняем, чем новый интернет будет отличаться от старого.
Как сообщает журнал ЕС по исследованиям и инновациям Horizon, ученые из Инсбрукского университета (Австрия) в рамках проекта Quantum Internet Alliance сумели передать информацию по 50-километровому оптоволоконному кабелю, используя принципы квантовой физики.
В чем особенность передачи информации в квантовой физике
В современных компьютерах передача информации основана на использовании сигналов, кодирующих данные с помощью двоичной системы. Для обмена данными между компьютерами применяется пакетный принцип, когда данные разбиваются на небольшие блоки.
Особенность передачи информации в квантовой физике заключается в том, что она использует квантовую запутанность частиц (Quantum entanglement), которая позволяет передавать квантовое состояние одной частицы другой без физического взаимодействия между ними.
Это означает, что информация может быть передана на любое расстояние без потерь и без возможности перехвата. Однако для этого также необходим классический канал связи, по которому передается дополнительная информация, необходимая для воспроизводства квантового состояния.
Что это дает
Квантовая передача информации открывает новые возможности для квантовой криптографии, квантовых вычислений и квантовой связи.
Как объясняют ученые, люди, которые взломают квантовую передачу данных, оставят очевидный след, так как вызовут своими действиями изменение состояния конкретной частицы. Это автоматически изменяет состояние второй частицы, находящейся на большом расстоянии.
Безопасная связь, обеспечиваемая квантовым интернетом, открывает двери для гораздо более широкого спектра возможностей, выходящих за пределы классического интернета.
В медицине, например, физические аспекты запутанности обеспечивают высокий уровень синхронизации времени, что может улучшить телехирургию.
«Если я хочу провести операцию на узле удаленно, я хочу, чтобы она была очень точно рассчитана по времени, чтобы не допустить ни одной ошибки», — говорит координатор проекта профессор Стефани Венер (Stephanie Wehner).
Еще одной областью, которая могла бы, по мнению Венер, извлечь выгоду из этих достижений, является астрономия.
Телескопы, наблюдающие за дальними объектами, могут использовать свойства запутанности для получения лучшей картины неба.
Другой пример — банкоматы. Сейчас случаются ситуации, когда банкомат во время операции ломается. Диспенсер (устройство, выдающее деньги) денег не выдал, но банкомат решил, что они сняты. Квантовый интернет может пригодиться для таких ситуаций.
Ученые утверждают, что новые способы использования квантового интернета, скорее всего, станут понятны только после того, как технология будет создана.
От интернета до компьютеров и новых угроз
Теперь вопрос заключается в том, чтобы масштабировать квантовый интернет, чтобы он мог использовать большое количество частиц на больших расстояниях.
Конечная цель — развернуть квантовые узлы на гораздо большем расстоянии (до 500 километров) и создать прототип квантового интернета, который сможет соединить отдаленные города — так же, как классический интернет использует разные узлы для создания глобальной сети.
Хотя квантовый интернет может стать подходящим для специализированных программ к 2029 году, эксперты не готовы прогнозировать, когда может появиться его полная версия для широкого спектра использования.
Пока Quantum Internet Alliance продвигает разработку компонентов и систем квантового интернета, Европа также работает над разработкой квантовых компьютеров.
В июне 2023 года Европейское совместное предприятие по высокопроизводительным вычислениям объявило, что такие компьютеры будут установлены в шести странах Европы: Германии, Испании, Италии, Польше, Франции и Чехии.
Сейчас европейские страны работают над созданием интегрированной космической и наземной инфраструктуры для безопасной связи на базе квантового интернета.
Однако квантовые компьютеры несут и новую угрозу. Они будут иметь беспрецедентную вычислительную мощность. С одной стороны, это значительно расширяет их возможности использования в моделировании сложных систем, что принесет пользу для развития науки, медицины, инженерии и других сфер.
С другой стороны, их использование значительно облегчит взлом криптографических алгоритмов, обеспечивающих безопасность большинства обменов в современном интернете.
По прогнозам экспертов, половина широко используемых криптографических систем будет взломана к концу десятилетия. Это вызывает большую озабоченность. Поэтому ведутся активные работы по созданию новых постквантовых криптографических алгоритмов, которые будут устойчивы к атакам как классических, так и квантовых хакеров.
Европейские страны не единственные, кто занимается разработками в этой сфере. В последние годы Китай и США добились успехов как в области квантовых вычислений, так и квантового интернета. Так что нам остается только наблюдать, кто придет первым в гонке за квантовым интернетом.
Комментарии