На нынешнем этапе развития квантового интернета можно назвать только технологии защиты данных с помощью квантовой криптографии.
Квантовая передача данных: как обстоят дела на сегодняшний день?
Начало/Квантовая физика/Ученые нашли фотонную связь, позволяющую создать кремниевый квантовый интернет. При попытке перехвата данных, происходит изменение квантового состояния фотона и выдается совершенно другой результат. Главной задачей в период с 2025 по 2030 годы станет объединение первых квантовых процессоров в общую сеть и создание на ее базе квантового Интернета. Квантовые компьютеры — это новый класс вычислительных устройств, которые благодаря использованию квантовых эффектов способны решать задачи, недоступные самым мощным. Возможность обмениваться квантовой информацией имеет решающее значение для разработки квантовых сетей для распределенных вычислений и безопасной коммуникации. Но сначала ученые должны построить всемирный квантовый интернет, чтобы передавать мельчайшие квантовые частицы с одного континента на другой.
Росатом обещает до 2030 года запустить квантовый интернет
Лебедева РАН. Как уверяют создатели компьютера, его можно задействовать для решениях самых сложных задач из области химии, оптимизации и машинного обучения. В ходе первого подключения учёным удалось запустить ключевые квантовые вычисления в режиме реального времени.
Участниками мероприятия стали главы национальных программ по развитию квантовых технологий, представители государства, бизнеса и научного сообщества России, США, Швейцарии, Испании и Германии.
В подробном отчёте под названием «From Long-distance Entanglement to Building a Nationwide Quantum Internet» описаны все первостепенные задачи, возлагаемые на квантовую Сеть, а также затронуты нюансы создания и интеграции нововведения. Однако США не единственные, кто работает в этом направлении. Как сообщает издание Washington Post, главным конкурентом в этой области является Китай, занимающийся своими разработками квантовых сетей.
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. Благодаря этому нет необходимости дополнительно преобразовывать сигнал при передаче между элементами. При этом устойчивость уровней сверхтонкого расщепления иона эрбия может достигать 23 дней. Разумеется, обладая такими свойствами, такой ион не мог не привлечь внимания исследователей, однако все предыдущие авторы пытались использовать для хранения информации сам оптический переход, а не расщепленные спиновые уровни. Поэтому эффективность таких устройств не превышала одного процента, а максимальное время хранения информации не превышало 50 наносекнд.
Состояние иона эрбия стабилизировалось кристаллической решеткой материала ионной ловушки Y2SiO5, в которую эрбий вводился в качестве допирующего элемента. Для увеличения времени жизни уровней сверхтонкого расщепления во время работы ученым пришлось использовать температуру не больше 3 кельвинов и магнитные поля до 7 тесла.
НТИ: первые стандарты квантовых коммуникаций и интернета вещей утвердили в России
Главная цель ученых — квантовые компьютеры. В теории такие машины смогут решать благодаря парадоксам квантового мира задачи, с которыми не справятся сколь угодно большие суперкомпьютеры нынешней механики. По сути, пока действительно рабочего и применимого на практике квантового компьютера нет. Есть только прототипы, собранные буквально вручную. То есть это то будущее, которое уже можно потрогать. Квантовый телефон, квантовый шифровальщик и квантовый же генератор случайных чисел — будущее, которое уже используется и даже продается. Картина дня.
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. И таким образом передает квантовую связь дальше в её исходном состоянии. Если ставить такие повторители каждые несколько десятков километров — можно создать сколь угодно большую сеть и распространять в ней относительно четкий квантовый сигнал. Как ретрансляторы или сетевые узлы в классическом интернете. К сожалению, попытка прочитать и дублировать запутанную частицу уничтожает её — в соответствии с « Теоремой о запрете клонирования ». Поэтому полноценной передачи так не получится — только цикл копирования. Мы все играли в испорченный телефон и знаем, чем это может закончиться, если хоть один из сотни повторителей настроен неверно. Похожие «квантовые усилители» есть у ESnet, хотя работают они по другим принципам — не позволяя сигналу распутаться под влиянием внешней среды, а не копируя его. Скорее всего, это и будет цель в ближайшие 5-10 лет: развернутая сеть установок, защищающая квантовую информацию от декогеренции.
Однако США не единственные, кто работает в этом направлении. Как сообщает издание Washington Post, главным конкурентом в этой области является Китай, занимающийся своими разработками квантовых сетей. По материалам anti-malware.
Это означает свободный поток данных без проводящего материала, вроде оптоволоконного кабеля. В статье в научном журнале Nature группа физиков из Делфтского технологического университета в Нидерландах поделилась своими достижениями. Квантовые компьютеры принципиально отличаются от традиционных. Обычный компьютер хранит данные в битах, а квантовые в кубитах. На этом сходство заканчивается. Двоичный бит —логический тип данных, 0 или 1. Кубит может иметь оба значения одновременно. Это позволяет ему хранить в себе больше информации.
Квантовая защита: как работает сеть связи, которую невозможно прослушать
В отличие от обычной «всемирной паутины», эта технология безопасна и защищена от кибератак. Работа опубликована в журнале Science Advances. Система «мультиплексирования» Бристольского университета разделяет световые частицы, которые передают информацию нескольким пользователям Интернета из единого центрального источника. Исследователи продемонстрировали технологию, использующую странные эффекты квантовой запутанности, на оптических волокнах в разных местах Бристоля. Игорь Лейпи, ГК Softline: Объем поставок российских операционных систем в ближайшие годы увеличится как минимум вдвое Команда учёных смогла создать квантовую сеть на большой дистанции без доверительных узлов. Информацию по ней распределяли между восемью пользователями. Данный метод позволил значительно сократить количество используемых каналов связи. Любопытно, что пользователей может соединять всего один канал, но каждый из них при этом может передать информацию каждому. Метод, предложенный учеными, основан на простой двучастичной запутанности между частотными модами сигнала. Такой подход позволяет квадратично сократить количество используемых каналов связи, что очень важно для масштабируемости квантовой коммуникации. Более того, в то время как пользователей соединяет всего один канал, каждый может передать секретную информацию каждому, то есть топология логической связи, несмотря на простую физическую имплементацию, — это полный граф [2].
Япония начала работу над созданием глобальной квантовой криптосети Япония начала работу над глобальным сервисом квантового распределения ключей. В рамках проекта до 2024 года планируется построить сеть, включающую более 100 квантовых криптографических устройств и 10000 пользователей по всему миру. Об этом стало известно 29 июля 2020 года. Также будут разработаны четыре технологии: Технология квантовой связи Quantum Communications Link Technology , реализующая высокоскоростное, магистральное, высокодоступное соединение в квантовых криптографических сетях связи ; Технология доверенных узлов Trusted Node Technology , обеспечивающая надежность и защиту от взлома систем управления криптографическими ключами, а также повышающая конфиденциальность, целостность и доступность квантовых криптографических коммуникаций; Технология квантового реле Quantum Relay Technology , расширяющая расстояния и защищающая реле криптографических ключей на земле; Технология построения и эксплуатации глобальных сетей, управляющая и контролирующая глобальные и крупномасштабные квантовые криптографические сети связи. Квантовое шифрование видит ключи зашифрованными в квантовом состоянии частицы, зачастую запутанного фотона. Поскольку в квантовой механике измерение квантового состояния приводит к его изменению, можно узнать, пытался ли кто-то увидеть квантовый ключ. Это позволит выявлять скомпрометированные ключи и принимать соответствующие меры. В то время как основы квантового шифрования хорошо понятны, и даже были проведены демонстрации квантового распределения ключей между Землей и космосом, совместное использование и распределение ключей по-прежнему является редкостью.
С кубитами на фотонах всё намного проще — там такие запредельно низкие температуры не нужны, что позволяет, например, уже пользоваться сетями с квантовой криптографией в России и в Китае. Передача квантовых состояний и квантовой запутанности для сверхпроводящих кубитов заставит строить ретрансляторы намного чаще — через 5 или 10 км, что сделает квантовый интернет на этой основе довольно дорогим мероприятием как при развёртывании, так и при эксплуатации. Незначительное, на первый взгляд, повышение на порядки упростит создание холодильных установок и их обслуживание, заявляют разработчики. Как создать растянутый алмаз? Достаточно просто. На горячее стекло наносится тончайшая алмазная плёнка.
Джоши и его коллеги использовали другой протокол QKD, который включает в себя совместное использование запутанных частиц между любыми двумя узлами, что позволило разработать новый тип сети, которая преодолевает многие из вышеописанных проблем. Квантовая запутанность говорит нам, что если вы измерите определенное свойство одной запутанной частицы, то сможете узнать это же свойство ее частицы-партнера, даже если она удалена от вас на большое расстояние. Простейший бытовой пример: надевая носок на левую ногу вы автоматически назначаете второй носок правым. Городской мультиплекс Вместо построения сети, в которой каждый из восьми узлов физически связан со всеми другими узлами, исследователи создали сеть с центральным источником, который отправляет запутанные фотоны к восьми узлам, названным Алиса, Боб, Хлоя, Дэйв, Фен, Гопи, Хайди и Иван. Каждый узел соединяется с источником через один оптоволоконный канал, то есть для 8 абонентов в общей сложности мы получаем восемь каналов — намного меньше, чем 28, которые потребовались бы для традиционного QKD без доверенных узлов. Таким образом, даже несмотря на то, что узлы физически напрямую не связаны, протокол, разработанный исследователями, устанавливает виртуальную связь между каждой парой из них с помощью магии квантовой запутанности, благодаря которой каждая пара узлов может создать свой закрытый ключ. Центральный источник имеет так называемый нелинейный кристалл, который испускает пары фотонов, запутанных в своей поляризации. Говоря простым языком, эти фотоны имеют длину волны в 1550 нанометров, плюс-минус несколько десятков нанометров. Этот разброс позволяет создать 16 каналов, пронумерованных от 1 до 8 с одной стороны и от -1 до -8 с другой так как по закону сохранения энергии если у нас есть фотон с длиной волны 1560 нм, то у него должен быть запутанный партнер с длиной волны 1540 нм, что и дает нам «положительные» и «отрицательные» каналы. Затем эти каналы объединяются или мультиплексируются в одном оптическом волокне и отправляются каждому узлу. При этом каждый узел может работать со своей комбинацией каналов. Например, Алиса получила каналы 2, 6, 7 и 8; Дэйв получил -6, -4, -3 и 1; Гопи получил -8, 5, 4 и -2. Распределение каналов создается таким образом, чтобы каждые два узла имели хотя бы один общий канал с запутанными фотонами.
Попутно сигналы, которые передают сообщение, ухудшаются; повторители читают сигналы, усиливают и исправляют ошибки. Но этот процесс позволяет хакерам «взломать» и перехватить сообщение. У квантовых сообщений нет этой проблемы. Квантовые сети используют частицы легких фотонов для отправки сообщений, которые не подвержены кибератакам. По словам Рэя Ньюэлла, исследователя из Национальной лаборатории Лос-Аламоса, вместо того, чтобы шифровать сообщение с использованием математической сложности, мы будем полагаться на особые правила квантовой физики. С квантовой информацией, «вы не можете скопировать или разделить ее, и вы даже не можете посмотреть на нее, не изменив ее». Фактически, просто попытка перехватить сообщение уничтожает сообщение, как отмечает журнал Wired. Это позволило бы сделать все намного более безопасным, чем доступно сегодня. Он и его коллеги написали статью о возможности космического квантового интернета, в котором спутники будут непрерывно транслировать запутанные фотоны на поверхность Земли, как описано в статье « Обзор технологий ». Затем, посредством последовательности операций, отправитель может отправить любую квантовую информацию получателю хотя это не может быть сделано быстрее, чем со скоростью света.
Росатом обещает до 2030 года запустить квантовый интернет
Вторую частицу принял другой дрон и переправил ее на вторую наземную станцию в километре от первой. Дроны легко перемещаются, их запуск быстр и дешев, поэтому в будущем планируется создавать целые эскадрильи дронов для обеспечения глобального квантового интернета. Такого рода интернет уже работает в Китае в виде квантовых сетей с оптоволоконными кабелями.
В китайском эксперименте основной дрон создал две "запутанные" частицы, одну из которых отправил на базу на земле.
Вторую частицу принял другой дрон и переправил ее на вторую наземную станцию в километре от первой. Дроны легко перемещаются, их запуск быстр и дешев, поэтому в будущем планируется создавать целые эскадрильи дронов для обеспечения глобального квантового интернета.
Рассказывает обозреватель The Washington Post Джен Вайлен: «Любой, кто попытается взломать Сеть, потерпит неудачу, потому что законы квантовой механики гласят, что воздействие на частицы в квантовом состоянии автоматически изменяет их и уничтожает передаваемую информацию.
Отправитель и получатель увидят попытку прослушивания. Существуют огромные технические трудности, которые необходимо преодолеть, но можно утверждать, что квантовый интернет так же важен, как и техническая революция XX века, а она дала лазер, транзистор, атомные часы и, следовательно, GPS и Интернет. Можно соединить все эти испытательные сети через оптоволоконные и спутниковые каналы в общий квантовый интернет, охватывающий весь мир.
На сегодня предел равен трёмстам километрам. Это дистанция, на которой необходимо производить регенерацию оптического сигнала. Также нужен прототип квантового коммутатора. Общий объем наличия проблемных задач может быть решён только в пределах десяти лет. Тем не менее, в учёных кругах утверждают о возможности «оседлать» квантовый интернет.
Что это может принести и чем помочь? На сегодня нет однозначного ответа, но решение вопроса о внедрении и доведении подобных технологий к рядовому жителю, однозначно повысит его качество жизни и безопасность. Новая эпоха наступает Китай на сегодня поставил амбициозный проект, сделать передачу по квантовой сети на 1200 километров, используя спутник. На данный момент достигнута дистанция максимум сто километров. Учёные разработали, как уберечь сигнал от воздействия метеорологических условий.
Впрочем, эта сенсация скорее связана не с телепортацией, которая увеличивается с каждым годом, а с квантовой криптографией, другими словами, новой системой шифрования данных. Квантовый код нет возможности взломать, точнее при его взломе информация пропадает. В эпоху кибервойн это означает неуязвимость. Квантовой криптографией давно пользуются те, кто ищет гарантии безопасности. Как, например, несколько лет тому назад швейцарские банки начали обмениваться данными о своих клиентах через квантовую сеть.
На сегодня они ограничены расстоянием несколько десятков километров. Такую же систему готовится внедрять Российский квантовый центр, а также освоить передачу квантового сигнала через космический спутник. Внедрение и реализация А в это время в Петербурге между двумя зданиями университета в России запустили первую квантовую интернет сеть. Информация передаётся, используя законы квантовой физики. В эту область сейчас инвестируют самые умные корпорации и правительства.
Будущая технология передачи информации внедряется на базе существующей. Оптоволоконный кабель, привычный компьютер, но новый роутер и генератор фотонов. Существование нового интернета начинается с лазера, где находится источник одиночных фотонов. Они обладают хорошим свойством для того, чтобы передавать информацию защищённым путём. Одиночный фотон нельзя разделить.
Ключ формируется таким образом, что чтение не возможно.
НТИ: первые стандарты квантовых коммуникаций и интернета вещей утвердили в России
Так что, если все действительно будет так, то уже на рубеже следующего десятилетия нас ожидает совершенно новый опыт использования сети интернет.
В облаке эти задачи уже решены за счет отказоустойчивых высокодоступных сервисов, инструментов и мер безопасности, а также публичного облачного API, с которым могут работать пользователи", - прокомментировал управляющий директор VK Tech Павел Гонтарев. Доступ к квантовым вычислениям на облачной платформе будет открыт для исследователей и бизнес-пользователей. Также он станет основой для обучения разработчиков, которые используют квантовые технологии для решения прикладных задач. Сейчас квантовые компьютеры уже разрабатывается в России и в мире", - заявил руководитель научной группы "Квантовые информационные технологии" РКЦ Алексей Федоров.
Существует несколько устройств, используемых для создания квантовой информации в виде запутанных фотонов и для ее хранения, но как генерация этих фотонов по запросу, так и наличие совместимой квантовой памяти для их хранения долгое время ускользали от внимания исследователей. Фотоны имеют определенные длины волн которые в видимом свете создают разные цвета , но устройства для их создания и хранения часто настроены на работу с разными длинами волн, что предотвращает их взаимодействие. Чтобы обеспечить взаимодействие устройств, команда создала систему, в которой оба устройства использовали одну и ту же длину волны. Лазер "включал" и "выключал" память, позволяя сохранять и высвобождать фотоны по требованию. Длина волны этих двух устройств не только совпала, но и соответствует длине волны используемых сегодня телекоммуникационных сетей, что позволяет передавать данные по обычным волоконно—оптическим кабелям, привычным для повседневного подключения к Интернету. Источник света с квантовыми точками был создан исследователями из Университета Штутгарта при поддержке Университета Вюрцбурга, а затем доставлен в Великобританию для взаимодействия с устройством квантовой памяти, созданным командой Imperial и Саутгемптона. Система была собрана в подвальной лаборатории Имперского колледжа Лондона. Хотя были созданы независимые квантовые точки и квантовая память, которые более эффективны, чем новая система, это первое доказательство того, что устройства могут взаимодействовать на телекоммуникационных длинах волн. Теперь команда будет стремиться усовершенствовать систему, в том числе обеспечить получение всех фотонов с одинаковой длиной волны, увеличить продолжительность хранения фотонов и уменьшить размеры всей системы в целом.
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. Благодаря этому нет необходимости дополнительно преобразовывать сигнал при передаче между элементами. При этом устойчивость уровней сверхтонкого расщепления иона эрбия может достигать 23 дней.
Российский квантовый центр и VK будут развивать квантовые вычисления в облаке
Смотрите прямой эфир и другие видео Первого канала без интернет-рекламы. Ректор МГУ Виктор Садовничий рассказал президенту Владимиру Путину о создании межуниверситетской квантовой сети. Концепция квантового интернета, предполагающая реализацию наиболее передовых информационных технологий, в настоящее время находится на уровне отработки прототипов. На ее основе планируется создание «квантового интернета». "Росатом" сообщил, что планирует к 2030 создать "квантовый интернет" на основе квантовых компьютеров. Квантовый Интернет может также использоваться для соединения различных квантовых компьютеров друг с другом, помогая увеличить их общую вычислительную мощность.
Квантовый интернет уже близко
Новости всколыхнули интернет, так как пользователи заговорили о том, что это может означать отключение России от глобальной интернет-инфраструктуры извне. Сеть национальных лабораторий в США работает над созданием квантового интернета, который позволил бы не только обмениваться данными по абсолютно безопасному каналу, но. Квантовые компьютеры вряд ли станут персональными в привычном смысле этого слова, объяснил он
Китайцы успешно опробовали дроны для создания квантового интернета
Министерство энергетики США в ходе пресс-конференции, прошедшей 23 июля, сообщило о разработке «практически невзламываемого квантового интернета». «Квантовый Интернет станет платформой квантовой экосистемы, в которой компьютеры, сети и датчики обмениваются информацией принципиально новым образом. Открытие квантовой памяти при комнатной температуре приблизило человечество к интернету нового поколения.