Քվանտային ինտերնետ - ինչ է դա, ինչպես է այն աշխատում: Առավելությունները. քվանտային ցանց

2024 Հեղինակ: Howard Calhoun | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-17 10:30

Եվրոպական և ռուս գիտնականների կողմից իրականացված վերջին ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ քվանտային և դասական տեղեկատվության շարժումը կարող է հաջողությամբ գոյակցել նույն օպտիկամանրաթելային տվյալների փոխանցման գծերի սահմաններում: Սա հնարավորություն է տալիս ապագայում սովորական ինտերնետից աստիճանական անցում կատարել տարրական մասնիկների պարադոքսների վրա հիմնված ցանցի՝ քվանտային ինտերնետ ցանցի։

Արագանալ հետազոտության մեջ

Հեղափոխություն է հասունանում համակարգչային ոլորտում: Փենսիլվանիայի համալսարանի ֆիզիկոսները հայտարարել են, որ սովորական սիլիցիումային չիպերը կհասնեն իրենց սահմանաչափին չորս տարի հետո: Դրանց հետագա կրճատումը հնարավոր չի լինի, ուստի սովորական համակարգիչները երկար կյանք չունեն:

Դրանց կփոխարինեն սկզբունքորեն նոր տեխնոլոգիաները՝ քվանտային համակարգիչները։ Չիպերի փոխարեն կլինեն տարրական մասնիկներ։ Դրա շնորհիվ հնարավոր է կտրուկ կրճատել չափերը և բարձրացնել արտադրողականությունը։ Առայժմ այս նախատիպերն ավելի արագ չեն, քան թույլ համակարգիչը, բայց դա պարզապես ժամանակի հարց է: Իր հերթին, օգտագործելով ամենահզոր ներուժը, հնարավոր կլինի ավելի արագ լուծելհիմնարար նոր, քվանտային ինտերնետի ներդրման խնդիրներն ու դժվարությունները։

Քվանտային ինտերնետի առեղծվածները

Ինչպե՞ս է աշխատում քվանտային ինտերնետը: Ի՞նչ է դա և որն է դրա էությունը: Տարբերությունն այն է, որ այն հիմնված է քվանտային մեխանիկայի օրենքների վրա։ Գիտնականների կողմից այն ընդունվել է որպես տաք, բուռն դաշտ, որը կարող է օգտագործվել ամբողջությամբ չհասկացված երևույթները նկարագրելու համար: Դրանցից մեկը ֆոտոէլեկտրական էֆեկտն է։

Քվանտային ֆիզիկայի պարադոքսները մարդկության ծառայության մեջ

Այսօր պարզ է. մեր մոտ ապագայում կմտնի այնպիսի երևույթ, ինչպիսին է քվանտային ինտերնետը։ Ի՞նչ կարող է դա բերել մեզ կամ ինչպե՞ս է դա լինելու։ Թերևս սա կլինի ևս մեկ թռիչք, որը նման է անցյալում կիսահաղորդչային տրանզիստորների ներդրմանը:

Նրա սկզբունքը հիմնված է սուպերպոզիցիայի և քվանտային խճճվածության հատկության վրա։ Այն հստակ պտույտ չունի, իսկ մեկը չափելիս երկրորդը հակառակն է ցույց տալիս։ Ավելի ամբողջական հասկանալու համար սա նշանակում է, որ տեղեկատվություն կրող յուրաքանչյուր տարրական մասնիկ անտեսանելիորեն կապված է իր «խճճված» զույգի հետ։ Ավելին, նրանց միջև հեռավորությունը որևէ դեր չի խաղում, տեղեկատվությունը փոխանցվում է ակնթարթորեն։

Օգտագործելով այս անոմալ օրենքները՝ մեծ հնարավորություններ են բացվում տվյալների փոխանցման արագության և գաղտնիության հարցում: Անհնար է գաղտնալսել այս եղանակով ուղարկված տեղեկատվությունը առանց ուշադրության. ցանկացած ընթերցում թողնում է հետքեր կամ ոչնչացնում բնօրինակը:

Արագությունը ավելի արագ է, քան կարծում էին

Ինչ վերաբերում է տվյալների փոխանցման արագության չափման վերջին տվյալներին, ապա դրանք զարմացնում են մեր երևակայությունը։ Այն գերազանցում է լույսի արագությունը տասովհազար անգամ։ Բայց, ամենայն հավանականությամբ, ապագայում գիտնականները կգտնեն, որ ազդանշանի փոխանցման արագությունը շատ ավելի բարձր է, քան նախկինում որոշված էր, այդպիսին է քվանտային ինտերնետը։ Ինչ է դա նշանակում? Ի՞նչ կարող է սա տալ մեզ: Հավանաբար ազդանշանների փոխանցում տիեզերքում նախկինում աներևակայելի հեռավորություններին և նոր հայտնագործություններին:

Նոր տեխնոլոգիաներ ֆոտոններում

Ֆոտոնները տեղեկատվական կրիչի վերածելու տեխնոլոգիայի մեջ ռուս գիտնականները հայտնաբերել են արհեստականորեն աճեցված բյուրեղների, մասնավորապես՝ ադամանդի օգտագործումը։

Պարզվում է, որ լույսը բյուրեղների միջով անցնելիս ձեռք է բերում հեղուկի հատկություն և սկսում կաթիլներ, հորձանուտներ, ալիքներ առաջացնել։ Այն կարող է ուղղորդվել ցանկացած ալիքով: Ընդհանրապես այն իրեն հեղուկի պես է պահում։ Ներառյալ այն կարող է տարածվել շատ դանդաղ արագությամբ կամ նույնիսկ կանգ առնել:

Սա մի կողմից շատ հետաքրքիր է և շատ կարևոր, քանի որ թույլ է տալիս մանիպուլյացիայի ենթարկել լույսը և անել ամեն ինչ, այդ թվում՝ ստանալ այնպիսի երևույթ, ինչպիսին է քվանտային ինտերնետ ցանցը: Սա թույլ է տալիս այն օգտագործել որպես տեղեկատվության փոխանցման գործակալ: Այժմ դրա հիմնական կրիչը էլեկտրական լիցքն է։ Բայց դա անկատար օբյեկտ է։ Հետևաբար, էլեկտրական լիցքի ցանկացած շարժում կամ արագացում հանգեցնում է էներգիայի կորստի, որը մտնում է շրջակա միջավայր և տաքացնում պրոցեսորը և միկրոսխեմայի տարրերը:

Համացանցն ինքնին մարդկության վրա արժենում է իր արտադրած էներգիայի ավելի քան 5%-ը: Հետևաբար, էլեկտրոնի փոխարինումը ֆոտոններով իդեալականորեն կհանգեցնի էներգիայի հսկայական քանակի կորստի կրճատմանը: Համապատասխանաբար, ինքնին ինտերնետի արժեքըկընկնի։

Քվանտային ինտերնետ Ռուսաստանում

Աշխատանքները Ռուսաստանում քվանտային ինտերնետում եզակի են։ Չնայած ցածր ֆինանսավորմանը և բոլոր տեսակի խոչընդոտներին՝ գիտնականները բավականաչափ փորձեր են անցկացրել և առաջատար դիրք են գրավել այս ոլորտում։

Արդյունքում մեզ հաջողվեց ստեղծել յուրահատուկ, բարձր մակարդակի հաստատություն։ Այն միավորում է փորձարարական և տեսական խմբերը, ինչպես նաև կիրառական հետազոտությունները: Այս ինստիտուտը մասամբ ֆինանսավորվում է Գազպրոմբանկի կողմից, մասամբ՝ պետության կողմից՝ տարբեր ձևերով։ Ամեն դեպքում, սա այն օրինակն է, որին պետք է հետևի ռուսական գիտությունը՝ կանգ չառնելով որևէ բանի առաջ։

Նվաճում նոր տարածքներ

Քվանտային ինտերնետի զարգացման ներկա փուլում կարելի է անվանել միայն տվյալների պաշտպանության տեխնոլոգիաները՝ օգտագործելով քվանտային գաղտնագրություն։ Նման ցանցերն այսօր բավականին պարզ կետ-կետ կապեր են: Գիտնականները նպատակ ունեն ստեղծել համատեղ լուծումներ, որոնք համատեղում են տարբեր ալիքներ և գաղտնագրման մեթոդներ:

Եթե հետևեք գաղափարի իրականացմանը, ռուս հետազոտողների արդյունքներն ավելի նշանակալից կլինեն։ Օրինակներից մեկը Կուրչատովի ինստիտուտում մշակվող մեկ ֆոտոն արտանետող դետեկտորն է:

Այնպիսի հայտնագործության գոյության համար, ինչպիսին է քվանտային ինտերնետը, գիտնականներին անհրաժեշտ է լուծել քվանտային տվյալների փոխանցման և հեռահաղորդակցության ցանցերի հատուկ սարքավորումների համատեղման դժվարությունները:

Հիմնական խնդիրները կայանում են անջատման և ազդանշանի ուժեղացման լուծման մեջ: Եթե դուք քվանտային վրա հիմնված տեղեկատվություն ուղարկեք ստանդարտ օպտիկական մանրաթելով, ապա այն չի անցնի ռեգեներատորի միջով: Հետևաբար, լուծումներից մեկը ազդանշանը էլեկտրականի վերածելն է և այնուհետև վերադառնալ իր սկզբնական դիրքին:

Այսօր սահմանը երեք հարյուր կիլոմետր է։ Սա այն հեռավորությունն է, որով անհրաժեշտ է վերականգնել օպտիկական ազդանշանը: Մեզ նաև անհրաժեշտ է քվանտային անջատիչի նախատիպ: Խնդրահարույց առաջադրանքների ընդհանուր ծավալը հնարավոր է լուծել միայն տասը տարվա ընթացքում։ Այնուամենայնիվ, գիտական շրջանակներում վիճում են քվանտային ինտերնետը «թամբելու» հնարավորության մասին։ Ի՞նչ կարող է դա բերել և ինչպես կարող է օգնել: Այսօր միանշանակ պատասխան չկա, բայց նման տեխնոլոգիաներ շարքային քաղաքացուն ներդնելու և հասցնելու հարցի լուծումը միանշանակ կբարելավի նրա կյանքի որակն ու անվտանգությունը։

Գալիս է նոր դարաշրջան

Չինաստանն այսօր հավակնոտ նախագիծ է սահմանել՝ արբանյակի միջոցով 1200 կիլոմետր քվանտային ցանցի փոխանցում:

Այս պահին հասել է առավելագույնը հարյուր կիլոմետր հեռավորություն։ Գիտնականները մշակել են, թե ինչպես պաշտպանել ազդանշանը օդերևութաբանական պայմանների ազդեցությունից։ Սակայն այս սենսացիան ավելի հավանական է, որ կապված է ոչ թե տելեպորտացիայի հետ, որն ամեն տարի ավելանում է, այլ քվանտային ծածկագրության, այլ կերպ ասած՝ տվյալների կոդավորման նոր համակարգի հետ։

Քվանտային կոդը չի կարելի կոտրել, ավելի ճիշտ, երբ այն կոտրվում է, ինֆորմացիան անհետանում է։ Կիբերպատերազմի դարաշրջանում դա նշանակում է անխոցելիություն։ Քվանտային կրիպտոգրաֆիան վաղուց օգտագործվում է երաշխիքներ փնտրողների կողմիցանվտանգություն։ Ինչպես, օրինակ, մի քանի տարի առաջ շվեյցարական բանկերը սկսեցին փոխանակել իրենց հաճախորդների մասին տվյալները քվանտային ցանցի միջոցով։ Այսօր դրանք սահմանափակված են մի քանի տասնյակ կիլոմետր հեռավորությամբ։ Ռուսական քվանտային կենտրոնը պատրաստվում է ներդնել նույն համակարգը, ինչպես նաև տիրապետել տիեզերական արբանյակի միջոցով քվանտային ազդանշանի փոխանցմանը։

Ներածություն և իրականացում

Մինչդեռ Սանկտ Պետերբուրգում գործարկվեց առաջին քվանտային ինտերնետ ցանցը Ռուսաստանի երկու համալսարանական շենքերի միջև։

Տեղեկությունը փոխանցվում է քվանտային ֆիզիկայի օրենքների միջոցով: Ամենախելացի կորպորացիաներն ու կառավարությունները այժմ ներդրումներ են կատարում այս ոլորտում: Տեղեկատվական փոխանցման ապագա տեխնոլոգիան իրականացվում է եղածի հիման վրա։ Օպտիկամանրաթելային մալուխ, ծանոթ համակարգիչ, բայց նոր երթուղիչ և ֆոտոնների գեներատոր։

Նոր ինտերնետի գոյությունը սկսվում է լազերից, որտեղ գտնվում է առանձին ֆոտոնների աղբյուրը։ Նրանք լավ հատկություն ունեն տեղեկատվություն անվտանգ ճանապարհով փոխանցելու համար։ Մեկ ֆոտոն չի կարող բաժանվել: Բանալին այնպես է ձևավորվում, որ հնարավոր չէ կարդալ։ Ֆոտոնը տեղեկատվական կրիչի վերածելու համար համակարգը փոխում է նրա վիճակը՝ իմպուլսային ալիքի տատանման փուլը։ Այսօր քվանտային տեխնոլոգիաների զարգացման մակարդակը համեմատելի է այն բանի հետ, ինչպիսին բջջային կապն էր երեսուն տարի առաջ, կանցնի ևս հինգից տասը տարի, և ֆոտոնների քվանտան կկարողանա ապահովել մեզ ապահով տեղեկատվական ինտերնետ:

Քվանտային ինտերնետ Կազանում

Թաթարստանում գործարկվել է քվանտային ինտերնետ ցանց, որի փորձնական կայքը գտնվում է Կազանում։ Այս ծրագիրըՌուսաստանում քվանտային հաղորդակցությունների զարգացման կարևոր ձեռքբերում է։ Ըստ գիտնականների՝ նա բացարձակապես անձեռնմխելի է հաքերային հարձակումներից։

Այսօր մեր ինտերնետային ցանցի պաշտպանությունը հիմնված է մաթեմատիկական ալգորիթմների գաղտնագրման վրա, սակայն նույնիսկ ամենաբարդ ծածկագիրը կարող է կոտրվել: Որքան ավելի հզոր են հաքերների հաշվողական ունակությունները, այնքան ավելի հեշտ և արագ է գաղտնագրման ալգորիթմը հաշվարկելը։

Հոդվածում նկարագրված տեխնոլոգիան կդառնա ցանցի անվտանգության նոր կառուցվածք: Քվանտային ինտերնետը Կազանում կմիավորվի չորս հանգույցների՝ միմյանցից 30-40 կիլոմետր հեռավորության վրա։ Երկու կետերի միջև ընտրության արժեքը մոտ հարյուր հազար դոլար է: Փորձարարական հատվածում ցանցը ցույց է տվել 117 կբ/վրկ քվանտային ինտերնետի արագություն՝ երկուսուկես կիլոմետր հեռավորությամբ։ Այս արդյունքը մեծության կարգով ավելի բարձր է, քան եվրոպական փորձարկումներում: Ցանցում օպտիկական ալիքում քվանտային բիթերի հաղորդման կորստի արագությունը քսան դԲ էր։ Սա համարժեք է հարյուր կիլոմետր երկարությամբ գծի:

Հարկ է նշել, որ այս նախագիծը ներառում է Tattelecom ենթակառուցվածքի հեռահաղորդակցության ցանցի շահագործման գիծը։

Ցանցը կմիացնի քաղաքները

2017 թվականին նախատեսվում է սկսել նոր տեխնոլոգիաների ներդրման նախագիծ։ Քվանտային ինտերնետը Թաթարստանում թույլ կտա միացնել գրասենյակները տարբեր քաղաքներում։ Սա Կազանի քվանտային կենտրոնի KNITU-KAI-ի և նրա ղեկավարի առաջադրած հիմնական խնդիրներից մեկն է։ Դիտելով նրանց հաջողությունները՝ մարդ անկասկած հավատում է, որ այդպես էլ կլինի։