Internet lượng tử - nó là gì, nó hoạt động như thế nào? Thuận lợi. mạng lượng tử

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Các nghiên cứu gần đây được thực hiện bởi các nhà khoa học châu Âu và Nga đã chỉ ra rằng sự chuyển động của thông tin lượng tử và thông tin cổ điển có thể cùng tồn tại thành công trong ranh giới của cùng một đường truyền dữ liệu cáp quang. Điều này giúp cho việc chuyển đổi dần dần từ Internet thông thường sang mạng dựa trên nghịch lý của các hạt cơ bản, mạng Internet lượng tử trong tương lai.

Tăng tốc trong nghiên cứu

Một cuộc cách mạng đang diễn ra trong ngành công nghiệp máy tính. Các nhà vật lý tại Đại học Pennsylvania đã nói rằng các chip silicon thông thường sẽ đạt đến giới hạn của chúng trong 4 năm nữa. Sẽ không thể giảm chúng hơn nữa, vì vậy máy tính thông thường không có tuổi thọ cao.

Về cơ bản chúng sẽ được thay thế bằng các công nghệ mới, máy tính lượng tử. Thay vì chip sẽ có các hạt cơ bản. Nhờ đó, có thể giảm đáng kể kích thước và tăng năng suất. Cho đến nay, những nguyên mẫu này không nhanh hơn một máy tính yếu, nhưng vấn đề chỉ là thời gian. Đổi lại, sử dụng tiềm năng mạnh mẽ nhất, sẽ có thể giải quyết nhanh hơncác vấn đề và khó khăn trong việc triển khai một Internet lượng tử mới về cơ bản.

Bí ẩn của Internet lượng tử

Internet lượng tử hoạt động như thế nào? Nó là gì và thực chất của nó là gì? Sự khác biệt là nó dựa trên các định luật của cơ học lượng tử. Nó đã được các nhà khoa học coi là một lĩnh vực nóng, sắc nét có thể được sử dụng để mô tả các hiện tượng chưa được hiểu đầy đủ. Một trong số đó là hiệu ứng quang điện.

Những nghịch lý của vật lý lượng tử phục vụ nhân loại

Hôm nay rõ ràng là: trong tương lai gần của chúng ta, một hiện tượng như Internet lượng tử sẽ xâm nhập. Điều này có thể mang lại cho chúng ta những gì hoặc nó sẽ như thế nào? Có lẽ đây sẽ là một bước nhảy vọt khác, tương tự như sự ra đời của bóng bán dẫn trong quá khứ.

Nguyên tắc của nó dựa trên tính chất của sự chồng chất và rối lượng tử. Nó không có độ quay xác định, và khi đo một, giây cho thấy điều ngược lại. Để hiểu đầy đủ hơn, điều này có nghĩa là mỗi hạt cơ bản mang thông tin được kết nối một cách vô hình với cặp "vướng víu" của nó. Hơn nữa, khoảng cách giữa chúng không đóng vai trò gì, thông tin được truyền tải ngay lập tức.

Sử dụng những luật bất thường này, những cơ hội lớn sẽ mở ra về tốc độ và tính bảo mật của việc truyền dữ liệu. Không thể chặn thông tin được gửi theo cách này mà không bị chú ý: bất kỳ lần đọc nào đều để lại dấu vết hoặc phá hủy thông tin gốc.

Tốc độ nhanh hơn tưởng

Đối với dữ liệu mới nhất về phép đo tốc độ truyền dữ liệu, chúng khiến trí tưởng tượng của chúng tôi kinh ngạc. Nó vượt quá tốc độ ánh sáng mườiHàng nghìn lần. Nhưng, rất có thể, các nhà khoa học trong tương lai sẽ phát hiện ra rằng tốc độ truyền tín hiệu cao hơn nhiều so với xác định trước đây, chẳng hạn như Internet lượng tử. Nó có nghĩa là gì? Điều này có thể cung cấp cho chúng ta những gì? Có lẽ việc truyền tín hiệu đến những khoảng cách không thể tưởng tượng trước đây trong không gian và những khám phá mới.

Công nghệ mới trong photon

Trong công nghệ chuyển đổi các photon thành vật mang thông tin, các nhà khoa học Nga đã tìm ra cách sử dụng các tinh thể được nuôi nhân tạo, cụ thể là kim cương.

Hóa ra là khi ánh sáng đi qua các tinh thể, nó có đặc tính của chất lỏng và bắt đầu hình thành các giọt, xoáy, sóng. Nó có thể được chuyển hướng qua bất kỳ kênh nào. Nói chung, nó hoạt động giống như một chất lỏng. Bao gồm cả nó có thể lây lan với tốc độ rất chậm hoặc thậm chí dừng lại.

Điều này một mặt rất thú vị và rất quan trọng, vì nó cho phép bạn điều khiển ánh sáng và làm bất cứ điều gì, bao gồm cả việc tạo ra một hiện tượng như một mạng Internet lượng tử. Điều này cho phép nó được sử dụng như một tác nhân truyền thông tin. Bây giờ vật mang điện chính của nó là điện tích. Nhưng nó là một vật không hoàn hảo. Do đó, bất kỳ chuyển động hoặc gia tốc nào của điện tích đều dẫn đến tổn thất năng lượng đi vào môi trường và làm nóng bộ xử lý và các phần tử vi mạch.

Bản thân Internet đã tiêu tốn của nhân loại hơn 5% năng lượng mà nó tạo ra. Do đó, lý tưởng nhất là việc thay thế một điện tử bằng các photon sẽ dẫn đến việc giảm sự mất mát một lượng năng lượng khổng lồ. Theo đó, chi phí của Internetsẽ rơi.

Internet lượng tử ở Nga

Các tác phẩm ở Nga trên Internet lượng tử là duy nhất. Bất chấp kinh phí thấp và đủ loại trở ngại, các nhà khoa học đã tiến hành đủ thử nghiệm và đạt được vị trí hàng đầu trong lĩnh vực này.

Kết quả là chúng tôi đã tạo ra một tổ chức cấp cao, duy nhất. Nó kết hợp các nhóm thực nghiệm và lý thuyết cũng như nghiên cứu ứng dụng. Viện này được tài trợ một phần bởi ngân hàng Gazprombank, một phần do nhà nước tài trợ dưới nhiều hình thức khác nhau. Trong mọi trường hợp, đây là tấm gương mà khoa học Nga nên noi theo mà không dừng lại ở bất cứ điều gì.

Chinh phục lãnh thổ mới

Ở giai đoạn phát triển hiện tại của Internet lượng tử, chỉ có thể đặt tên cho các công nghệ bảo vệ dữ liệu sử dụng mật mã lượng tử. Các mạng như vậy ngày nay là các kết nối điểm-điểm khá đơn giản. Các nhà khoa học mong muốn tạo ra các giải pháp hợp tác kết hợp các kênh và phương pháp mã hóa khác nhau.

Nếu theo dõi quá trình thực hiện ý tưởng, kết quả của các nhà nghiên cứu Nga sẽ có ý nghĩa hơn. Một ví dụ là máy dò phát quang đơn đang được phát triển tại Viện Kurchatov.

Để tồn tại một khám phá như Internet lượng tử, các nhà khoa học cần giải quyết những khó khăn trong việc kết hợp thiết bị đặc biệt để truyền dữ liệu lượng tử và mạng viễn thông hiện có ngày nay.

Vấn đề chính nằm ở giải pháp chuyển mạch và khuếch đại tín hiệu. Nếu bạn gửi thông tin dựa trên lượng tử qua một sợi quang tiêu chuẩn, thì nó sẽ không đi qua bộ tái tạo. Do đó, một giải pháp là biến tín hiệu thành tín hiệu điện rồi trở về vị trí ban đầu.

Hôm nay giới hạn là ba trăm km. Đây là khoảng cách cần thiết để tái tạo tín hiệu quang. Chúng tôi cũng cần một nguyên mẫu công tắc lượng tử. Tổng số nhiệm vụ có vấn đề chỉ có thể được giải quyết trong vòng mười năm. Tuy nhiên, trong giới khoa học, họ tranh cãi về khả năng "làm yên lòng" Internet lượng tử. Nó có thể mang lại những gì và nó có thể giúp ích gì? Ngày nay không có câu trả lời rõ ràng nào, nhưng giải pháp cho vấn đề giới thiệu và đưa những công nghệ như vậy tới người dân bình thường chắc chắn sẽ cải thiện chất lượng cuộc sống và sự an toàn của họ.

Một kỷ nguyên mới đang đến

Trung Quốc đã thiết lập một dự án đầy tham vọng ngày hôm nay để thực hiện truyền dẫn mạng lượng tử 1200 km bằng vệ tinh.

Hiện đã đạt được khoảng cách tối đa một trăm km. Các nhà khoa học đã phát triển cách bảo vệ tín hiệu khỏi tác động của các điều kiện khí tượng. Tuy nhiên, cảm giác này có nhiều khả năng không liên quan đến dịch chuyển tức thời, vốn đang tăng lên hàng năm, mà với mật mã lượng tử, nói cách khác, một hệ thống mã hóa dữ liệu mới.

Một mã lượng tử không thể bị hack, chính xác hơn là khi nó bị hack, thông tin sẽ biến mất. Trong thời đại chiến tranh mạng, điều này có nghĩa là khả năng bất khả xâm phạm. Mật mã lượng tử từ lâu đã được sử dụng bởi những người tìm kiếm sự đảm bảoBảo vệ. Chẳng hạn, cách đây vài năm, các ngân hàng Thụy Sĩ bắt đầu trao đổi dữ liệu về khách hàng của họ thông qua một mạng lượng tử. Ngày nay chúng chỉ giới hạn trong khoảng cách vài chục km. Trung tâm Lượng tử của Nga đang chuẩn bị giới thiệu hệ thống tương tự, cũng như làm chủ việc truyền tín hiệu lượng tử qua vệ tinh không gian.

Giới thiệu và thực hiện

Trong khi đó, mạng Internet lượng tử đầu tiên đã được ra mắt tại St. Petersburg giữa hai tòa nhà đại học ở Nga.

Thông tin được truyền bằng cách sử dụng các định luật vật lý lượng tử. Các tập đoàn và chính phủ thông minh nhất hiện nay đang đầu tư vào lĩnh vực này. Công nghệ chuyển giao thông tin trong tương lai đang được thực hiện trên cơ sở của công nghệ hiện có. Cáp quang, máy tính quen thuộc, nhưng một bộ định tuyến và bộ tạo photon mới.

Sự tồn tại của Internet mới bắt đầu từ tia laser, nơi chứa nguồn của các photon đơn lẻ. Chúng có một đặc tính tốt để truyền thông tin một cách an toàn. Một photon không thể bị phân chia. Chìa khóa được hình thành theo cách mà không thể đọc được. Để biến một photon thành vật mang thông tin, hệ thống sẽ thay đổi trạng thái của nó, pha của dao động sóng xung. Ngày nay, mức độ phát triển của công nghệ lượng tử có thể so sánh với mức độ phát triển của truyền thông di động cách đây 30 năm, 5 đến 10 năm nữa sẽ trôi qua và lượng tử photon sẽ có thể cung cấp cho chúng ta một Internet thông tin an toàn.

Internet lượng tử ở Kazan

Một mạng Internet lượng tử đã được khởi chạy ở Tatarstan, địa điểm thử nghiệm của nó nằm ở Kazan. Chương trình nàylà một thành tựu quan trọng trong sự phát triển của truyền thông lượng tử ở Nga. Theo các nhà khoa học, cô ấy hoàn toàn miễn nhiễm với các cuộc tấn công của hacker.

Ngày nay, việc bảo vệ mạng Internet của chúng ta dựa trên việc mã hóa các thuật toán toán học, nhưng ngay cả những đoạn mã phức tạp nhất cũng có thể bị bẻ khóa. Khả năng tính toán của tin tặc càng mạnh thì việc tính toán thuật toán mã hóa càng dễ dàng và nhanh chóng.

Công nghệ được mô tả trong bài viết sẽ trở thành một cấu trúc an ninh mạng mới. Internet lượng tử ở Kazan sẽ được kết hợp thành bốn nút ở khoảng cách 30-40 km từ nhau. Chi phí chọn giữa hai điểm là khoảng một trăm nghìn đô la. Trong phần thử nghiệm, mạng cho thấy tốc độ internet lượng tử là 117 kb / s với khoảng cách hai km rưỡi. Kết quả này cao hơn một bậc so với các thử nghiệm ở châu Âu. Trong mạng, tốc độ suy hao truyền của các bit lượng tử trong kênh quang là 20 dB. Con số này tương đương với một đoạn đường dài hàng trăm km.

Điều đáng chú ý là dự án này liên quan đến đường điều hành mạng viễn thông của hạ tầng Tattelecom.

Mạng sẽ kết nối các thành phố

Năm 2017, dự án khởi động dự án giới thiệu công nghệ mới. Internet lượng tử ở Tatarstan sẽ cho phép kết nối các văn phòng ở các thành phố khác nhau. Đây là một trong những nhiệm vụ chính do Trung tâm lượng tử Kazan KNITU-KAI và lãnh đạo của nó đặt ra. Chứng kiến những thành công của họ, chắc chắn ai cũng tin rằng đây sẽ là trường hợp như vậy.