კვანტური ინტერნეტი - რა არის ეს, როგორ მუშაობს? უპირატესობები. კვანტური ქსელი

2024 ავტორი: Howard Calhoun | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2023-12-17 10:32

ევროპელი და რუსი მეცნიერების მიერ ჩატარებულმა ბოლოდროინდელმა კვლევებმა აჩვენა, რომ კვანტური და კლასიკური ინფორმაციის მოძრაობა წარმატებით შეიძლება თანაარსებობდეს იმავე ოპტიკურ-ბოჭკოვანი მონაცემთა გადამცემი ხაზების საზღვრებში. ეს შესაძლებელს ხდის მომავალში თანდათანობით გადასვლას ჩვეულებრივი ინტერნეტიდან ელემენტარული ნაწილაკების პარადოქსებზე დაფუძნებულ ქსელზე, კვანტურ ინტერნეტ ქსელზე.

დააჩქარეთ კვლევაში

რევოლუცია დგება კომპიუტერულ ინდუსტრიაში. პენსილვანიის უნივერსიტეტის ფიზიკოსებმა განაცხადეს, რომ ჩვეულებრივი სილიკონის ჩიპები ლიმიტს ოთხ წელიწადში მიაღწევს. მათი შემდგომი შემცირება შეუძლებელი იქნება, ასე რომ, ჩვეულებრივ კომპიუტერებს დიდხანს სიცოცხლე არ აქვთ.

მათ ჩაანაცვლებს ფუნდამენტურად ახალი ტექნოლოგიები, კვანტური კომპიუტერები. ჩიპების ნაცვლად ელემენტარული ნაწილაკები იქნება. ამის წყალობით შესაძლებელია ზომის მკვეთრი შემცირება და პროდუქტიულობის გაზრდა. ჯერჯერობით, ეს პროტოტიპები არ არის უფრო სწრაფი ვიდრე სუსტი კომპიუტერი, მაგრამ ეს მხოლოდ დროის საკითხია. თავის მხრივ, უძლიერესი პოტენციალის გამოყენებით, შესაძლებელი გახდება უფრო სწრაფად გადაჭრაპრობლემები და სირთულეები ფუნდამენტურად ახალი, კვანტური ინტერნეტის დანერგვისას.

კვანტური ინტერნეტის საიდუმლოებები

როგორ მუშაობს კვანტური ინტერნეტი? რა არის ეს და რა არის მისი არსი? განსხვავება ისაა, რომ იგი ემყარება კვანტური მექანიკის კანონებს. იგი მეცნიერებმა მიიღეს, როგორც ცხელ, მღელვარე ველს, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას ბოლომდე გაუგებარი ფენომენების აღსაწერად. ერთ-ერთი მათგანია ფოტოელექტრული ეფექტი.

კვანტური ფიზიკის პარადოქსები კაცობრიობის სამსახურში

დღეს ნათელია: ჩვენს უახლოეს მომავალში ისეთი ფენომენი შემოვა, როგორიცაა კვანტური ინტერნეტი. რა შეიძლება მოგვიტანოს ამან ან როგორ იქნება ეს? შესაძლოა, ეს იქნება კიდევ ერთი ნახტომი, წარსულში ნახევარგამტარული ტრანზისტორების დანერგვის მსგავსი.

მისი პრინციპი ემყარება სუპერპოზიციისა და კვანტური ჩახლართულ თვისებას. არ აქვს განსაზღვრული ტრიალი და ერთის გაზომვისას მეორე საპირისპიროს აჩვენებს. უფრო სრულყოფილი გაგებისთვის, ეს ნიშნავს, რომ ინფორმაციის მატარებელი თითოეული ელემენტარული ნაწილაკი უხილავად არის დაკავშირებული მის „ჩახლართულ“წყვილთან. უფრო მეტიც, მათ შორის მანძილი არანაირ როლს არ თამაშობს, ინფორმაცია მყისიერად გადაიცემა.

ამ ანომალიური კანონების გამოყენებით, დიდი შესაძლებლობები იხსნება მონაცემთა გადაცემის სისწრაფესა და კონფიდენციალურობაში. შეუძლებელია ამ გზით გაგზავნილი ინფორმაციის გადაჭრა შენიშვნის გარეშე: ნებისმიერი კითხვა ტოვებს კვალს ან ანადგურებს ორიგინალ ინფორმაციას.

სიჩქარე უფრო სწრაფია ვიდრე ეგონათ

რაც შეეხება უახლეს მონაცემებს მონაცემთა გადაცემის სიჩქარის გაზომვის შესახებ, ისინი აოცებენ ჩვენს წარმოსახვას. ის ათით აღემატება სინათლის სიჩქარესათასჯერ. მაგრამ, სავარაუდოდ, მომავალში მეცნიერები აღმოაჩენენ, რომ სიგნალის გადაცემის სიჩქარე გაცილებით მაღალია, ვიდრე ადრე იყო განსაზღვრული, ასეთია კვანტური ინტერნეტი. Რას ნიშნავს? რა შეიძლება მოგვცეს ამან? შესაძლოა სიგნალების გადაცემა კოსმოსში მანამდე წარმოუდგენელ დისტანციებზე და ახალი აღმოჩენები.

ახალი ტექნოლოგიები ფოტონებში

ფოტონების ინფორმაციის მატარებლად გადაქცევის ტექნოლოგიაში რუსმა მეცნიერებმა აღმოაჩინეს ხელოვნურად გაზრდილი კრისტალების, კერძოდ ბრილიანტების გამოყენება.

გამოდის, რომ როცა სინათლე კრისტალებში გადის, ის იძენს სითხის თვისებას და იწყებს წვეთების, მორევების, ტალღების წარმოქმნას. ის შეიძლება მიმართული იყოს ნებისმიერი არხით. ზოგადად, ის სითხესავით იქცევა. მათ შორის ის შეიძლება გავრცელდეს ძალიან ნელი სიჩქარით ან თუნდაც შეჩერდეს.

ეს ერთი მხრივ ძალიან საინტერესოა და ძალიან მნიშვნელოვანია, რადგან ის საშუალებას გაძლევთ მანიპულიროთ სინათლით და გააკეთოთ ყველაფერი, მათ შორის ისეთი ფენომენის მიღება, როგორიცაა კვანტური ინტერნეტ ქსელი. ეს საშუალებას აძლევს მას გამოიყენოს ინფორმაციის გადაცემის აგენტად. ახლა მისი მთავარი გადამზიდავი ელექტრო მუხტია. მაგრამ ეს არასრულყოფილი ობიექტია. ამრიგად, ელექტრული მუხტის ნებისმიერი მოძრაობა ან აჩქარება იწვევს ენერგიის დანაკარგებს, რომლებიც მიდის გარემოში და ათბობს პროცესორის და მიკროსქემის ელემენტებს.

თავად ინტერნეტი კაცობრიობას მის მიერ წარმოებული ენერგიის 5%-ზე მეტს უჯდება. ამიტომ, ელექტრონის ფოტონებით ჩანაცვლება იდეალურად გამოიწვევს ენერგიის კოლოსალური რაოდენობის დაკარგვის შემცირებას. შესაბამისად, თავად ინტერნეტის ღირებულებადაეცემა.

კვანტური ინტერნეტი რუსეთში

რუსეთში კვანტურ ინტერნეტზე მუშაობა უნიკალურია. მიუხედავად დაბალი დაფინანსებისა და ყველა სახის დაბრკოლებისა, მეცნიერებმა ჩაატარეს საკმარისი ექსპერიმენტები და მიაღწიეს წამყვან პოზიციას ამ სფეროში.

შედეგად, ჩვენ შევძელით უნიკალური, მაღალი დონის ინსტიტუტის შექმნა. იგი აერთიანებს ექსპერიმენტულ და თეორიულ ჯგუფებს, ასევე გამოყენებით კვლევებს. ამ ინსტიტუტს ნაწილობრივ გაზპრომბანკი აფინანსებს, ნაწილობრივ სახელმწიფო სხვადასხვა ფორმით. ყოველ შემთხვევაში, ეს არის მაგალითი, რომელსაც რუსულმა მეცნიერებამ არაფერზე შეჩერების გარეშე უნდა მიჰყვეს.

ახალი ტერიტორიების დაპყრობა

კვანტური ინტერნეტის განვითარების ამჟამინდელ ეტაპზე შეიძლება დასახელდეს მხოლოდ მონაცემთა დაცვის ტექნოლოგიები კვანტური კრიპტოგრაფიის გამოყენებით. ასეთი ქსელები დღეს საკმაოდ მარტივი წერტილიდან წერტილოვანი კავშირებია. მეცნიერთა მიზანია შექმნან ერთობლივი გადაწყვეტილებები, რომლებიც აერთიანებს სხვადასხვა არხებს და დაშიფვრის მეთოდებს.

თუ იდეის განხორციელებას მიჰყვებით, რუსი მკვლევარების შედეგები უფრო მნიშვნელოვანი იქნება. ერთი მაგალითია კურჩატოვის ინსტიტუტში შემუშავებული ერთფოტონიანი ემიტერის დეტექტორი.

ისეთი აღმოჩენის არსებობისთვის, როგორიც არის კვანტური ინტერნეტი, მეცნიერებს უნდა გადაწყვიტონ კვანტური მონაცემთა გადაცემისა და დღეს არსებული სატელეკომუნიკაციო ქსელებისთვის სპეციალური აღჭურვილობის გაერთიანების სირთულეები.

მთავარი საკითხები მდგომარეობს გადართვის და სიგნალის გაძლიერების გადაწყვეტაში. თუ თქვენ გაგზავნით კვანტურზე დაფუძნებულ ინფორმაციას სტანდარტულ ოპტიკურ ბოჭკოზე, მაშინ ის არ გაივლის რეგენერატორში. ამიტომ, ერთ-ერთი გამოსავალია სიგნალის ელექტროდ გადაქცევა და შემდეგ თავდაპირველ პოზიციაზე დაბრუნება.

დღეს ლიმიტი სამასი კილომეტრია. ეს არის მანძილი, რომელზეც აუცილებელია ოპტიკური სიგნალის რეგენერაცია. ჩვენ ასევე გვჭირდება კვანტური გადამრთველის პროტოტიპი. პრობლემური ამოცანების მთლიანი რაოდენობა შეიძლება გადაწყდეს მხოლოდ ათი წლის განმავლობაში. მიუხედავად ამისა, სამეცნიერო წრეებში ისინი კამათობენ კვანტური ინტერნეტის „გადაბმის“შესაძლებლობის შესახებ. რისი მოტანა შეუძლია მას და როგორ შეიძლება დაეხმაროს? დღეს ცალსახა პასუხი არ არსებობს, მაგრამ ასეთი ტექნოლოგიების საშუალო მოქალაქისთვის დანერგვისა და მიტანის საკითხის გადაწყვეტა აუცილებლად გააუმჯობესებს მის ცხოვრების ხარისხს და უსაფრთხოებას.

ახალი ერა მოდის

ჩინეთმა დღეს დაადგინა ამბიციური პროექტი, რათა განახორციელოს 1200 კილომეტრიანი კვანტური ქსელის გადაცემა თანამგზავრის გამოყენებით.

ამ დროისთვის მიღწეულია მაქსიმალური მანძილი ასი კილომეტრით. მეცნიერებმა შეიმუშავეს როგორ დაიცვან სიგნალი მეტეოროლოგიური პირობების გავლენისგან. თუმცა, ეს შეგრძნება უფრო მეტად უკავშირდება არა ტელეპორტაციას, რომელიც ყოველწლიურად იზრდება, არამედ კვანტურ კრიპტოგრაფიას, სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მონაცემთა დაშიფვრის ახალ სისტემას.

კვანტური კოდის გატეხვა შეუძლებელია, უფრო სწორედ, როცა ის გატეხილია, ინფორმაცია ქრება. კიბერ ომის ეპოქაში ეს ნიშნავს დაუცველობას. კვანტურ კრიპტოგრაფიას დიდი ხანია იყენებენ ისინი, ვინც გარანტიას ეძებსუსაფრთხოება. როგორ, მაგალითად, რამდენიმე წლის წინ, შვეიცარიულმა ბანკებმა დაიწყეს თავიანთი კლიენტების შესახებ მონაცემების გაცვლა კვანტური ქსელის საშუალებით. დღეს ისინი შემოიფარგლება რამდენიმე ათეული კილომეტრის მანძილზე. რუსული კვანტური ცენტრი ემზადება იგივე სისტემის დასანერგად, ასევე კოსმოსური თანამგზავრის მეშვეობით კვანტური სიგნალის გადაცემის დასაუფლებლად.

შესავალი და განხორციელება

ამასობაში, პირველი კვანტური ინტერნეტ ქსელი ამოქმედდა სანქტ-პეტერბურგში რუსეთში ორ უნივერსიტეტის კორპუსს შორის.

ინფორმაცია გადაიცემა კვანტური ფიზიკის კანონების გამოყენებით. ყველაზე ჭკვიანი კორპორაციები და მთავრობები ახლა ინვესტიციებს ახორციელებენ ამ სფეროში. სამომავლო ინფორმაციის გადაცემის ტექნოლოგია უკვე არსებულის საფუძველზე დანერგილია. ოპტიკურ-ბოჭკოვანი კაბელი, ნაცნობი კომპიუტერი, მაგრამ ახალი როუტერი და ფოტონების გენერატორი.

ახალი ინტერნეტის არსებობა ლაზერით იწყება, სადაც ცალკეული ფოტონების წყარო მდებარეობს. მათ აქვთ კარგი თვისება ინფორმაციის უსაფრთხო გზით გადაცემისთვის. ერთი ფოტონის გაყოფა შეუძლებელია. გასაღები ისეა ჩამოყალიბებული, რომ კითხვა შეუძლებელია. იმისთვის, რომ ფოტონი გადააქციოს ინფორმაციის მატარებლად, სისტემა ცვლის მის მდგომარეობას, იმპულსური ტალღის რხევის ფაზას. დღეს კვანტური ტექნოლოგიის განვითარების დონე შედარებულია იმასთან, როგორიც იყო მობილური კომუნიკაციები ოცდაათი წლის წინ, გავა კიდევ ხუთი-ათი წელი და ფოტონის კვანტები შეძლებენ მოგვცეს უსაფრთხო საინფორმაციო ინტერნეტი.

კვანტური ინტერნეტი ყაზანში

თათარსტანში კვანტური ინტერნეტ ქსელი ამოქმედდა, მისი ექსპერიმენტული საიტი მდებარეობს ყაზანში. ეს პროგრამამნიშვნელოვანი მიღწევაა რუსეთში კვანტური კომუნიკაციების განვითარების საქმეში. მეცნიერთა აზრით, ის აბსოლუტურად იმუნურია ჰაკერების შეტევებისგან.

დღეს ჩვენი ინტერნეტ ქსელის დაცვა ეფუძნება მათემატიკური ალგორითმების დაშიფვრას, მაგრამ ყველაზე რთული კოდიც კი შეიძლება გატეხილი იყოს. რაც უფრო ძლიერია ჰაკერების გამოთვლითი შესაძლებლობები, მით უფრო ადვილი და სწრაფია დაშიფვრის ალგორითმის გამოთვლა.

სტატიაში აღწერილი ტექნოლოგია გახდება ქსელის უსაფრთხოების ახალი სტრუქტურა. კვანტური ინტერნეტი ყაზანში გაერთიანდება ოთხ კვანძად, ერთმანეთისგან 30-40 კილომეტრის დაშორებით. ორ პუნქტს შორის არჩევის ღირებულება დაახლოებით ასი ათასი დოლარია. ექსპერიმენტულ განყოფილებაში ქსელმა აჩვენა კვანტური ინტერნეტის სიჩქარე 117 კბ/წმ, ორნახევარი კილომეტრის მანძილით. ეს შედეგი უფრო მაღალია, ვიდრე ევროპულ ცდებში. ქსელში, კვანტური ბიტების გადაცემის დაკარგვის სიჩქარე ოპტიკურ არხში იყო ოცი დბ. ეს უდრის ასი კილომეტრის სიგრძის ხაზს.

აღსანიშნავია, რომ ეს პროექტი ითვალისწინებს Tattelecom ინფრასტრუქტურის სატელეკომუნიკაციო ქსელის ოპერაციულ ხაზს.

ქსელი დააკავშირებს ქალაქებს

2017 წელს იგეგმება ახალი ტექნოლოგიების დანერგვის პროექტის დაწყება. თათარსტანში კვანტური ინტერნეტი საშუალებას მისცემს ოფისების დაკავშირებას სხვადასხვა ქალაქში. ეს არის ყაზანის კვანტური ცენტრის KNITU-KAI-ს და მისი ლიდერის მიერ დასახული ერთ-ერთი მთავარი ამოცანა. მათი წარმატებების ყურება, უეჭველად სჯერა, რომ ეს ასე იქნება.