Quantum Internet - ni nini, inafanya kazi vipi? Faida. mtandao wa quantum

2024 Mwandishi: Howard Calhoun | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-17 10:41

Tafiti za hivi majuzi zilizofanywa na wanasayansi wa Uropa na Urusi zimeonyesha kuwa uhamishaji wa taarifa za kiasi na za kitaalamu zinaweza kuwepo pamoja ndani ya mipaka ya njia zile zile za utumaji data ya nyuzi macho. Hii inawezesha katika siku zijazo kwa mpito wa taratibu kutoka kwa Mtandao wa kawaida, hadi mtandao unaotegemea utata wa chembe za msingi, mtandao wa mtandao wa quantum.

Harakisha katika utafiti

Mapinduzi yanapamba moto katika tasnia ya kompyuta. Wanafizikia katika Chuo Kikuu cha Pennsylvania wamesema kuwa chips za silicon za kawaida zitafikia kikomo chao katika miaka minne. Haitawezekana kuzipunguza zaidi, kwa hivyo kompyuta za kawaida hazina muda wa kuishi.

Zitabadilishwa na teknolojia mpya kimsingi, kompyuta nyingi. Badala ya chips kutakuwa na chembe za msingi. Shukrani kwa hili, inawezekana kupunguza kwa kiasi kikubwa ukubwa na kuongeza tija. Hadi sasa, prototypes hizi sio kasi zaidi kuliko kompyuta dhaifu, lakini ni suala la muda tu. Kwa upande wake, kwa kutumia uwezo wenye nguvu zaidi, itawezekana kutatua haraka zaidimatatizo na matatizo katika utekelezaji wa mtandao mpya, wa kiasi.

Mafumbo ya mtandao wa wingi

Je, mtandao wa quantum hufanya kazi vipi? Ni nini na kiini chake ni nini? Tofauti ni kwamba inategemea sheria za mechanics ya quantum. Imekubaliwa na wanasayansi kama uwanja moto na mkali ambao unaweza kutumika kuelezea matukio ambayo hayajaeleweka kikamilifu. Mojawapo ni athari ya picha ya umeme.

Vitendawili vya fizikia ya quantum katika huduma ya wanadamu

Leo ni wazi: katika siku zetu za usoni jambo kama vile Internet quantum litaingia. Hii inaweza kutuletea nini au itakuwaje? Labda hii itakuwa hatua nyingine, sawa na kuanzishwa kwa transistors za semiconductor hapo awali.

Kanuni yake inategemea sifa ya nafasi ya juu zaidi na msongamano wa quantum. Haina spin ya uhakika, na wakati wa kupima moja, ya pili inaonyesha kinyume chake. Kwa ufahamu kamili zaidi, hii inamaanisha kuwa kila chembe ya msingi inayobeba habari imeunganishwa kwa njia isiyoonekana na jozi yake "iliyonaswa". Zaidi ya hayo, umbali kati yao hauna jukumu lolote, habari hupitishwa papo hapo.

Kwa kutumia sheria hizi zisizo za kawaida, fursa nzuri hufunguka katika kasi na usiri wa uhamishaji data. Haiwezekani kunasa taarifa iliyotumwa kwa njia hii bila kutambuliwa: usomaji wowote huacha ufuatiliaji au kuharibu taarifa asili.

Kasi ni kasi kuliko mawazo

Kuhusu data ya hivi punde kuhusu kipimo cha kasi ya uhamishaji data, inashangaza mawazo yetu. Inazidi kasi ya mwanga kwa kumimara elfu. Lakini, uwezekano mkubwa, wanasayansi katika siku zijazo watapata kwamba kasi ya maambukizi ya ishara ni ya juu zaidi kuliko ilivyopangwa hapo awali, kama vile mtandao wa quantum. Ina maana gani? Je, hii inaweza kutupa nini? Labda uwasilishaji wa mawimbi kwa umbali ambao haukufikirika hapo awali na uvumbuzi mpya.

Teknolojia mpya katika fotoni

Katika teknolojia ya kubadilisha fotoni kuwa kibeba taarifa, wanasayansi wa Urusi wamegundua matumizi ya fuwele zilizokuzwa kiholela, yaani almasi.

Inabadilika kuwa wakati mwanga unapita kwenye fuwele, hupata mali ya kioevu na huanza kuunda matone, vortices, mawimbi. Inaweza kuelekezwa kupitia chaneli zozote. Kwa ujumla, hufanya kama kioevu. Kukijumuisha kunaweza kuenea kwa kasi ndogo sana au hata kusimama.

Hii inavutia sana kwa upande mmoja na ni muhimu sana, kwa sababu hukuruhusu kudhibiti mwanga na kufanya chochote, ikiwa ni pamoja na kupata jambo kama mtandao wa mtandao wa quantum. Hii inaruhusu itumike kama wakala wa uhamishaji habari. Sasa carrier wake kuu ni malipo ya umeme. Lakini ni kitu kisicho kamili. Kwa hivyo, harakati au uharakishaji wowote wa chaji ya umeme husababisha upotezaji wa nishati ambayo huingia kwenye mazingira na kupasha joto kichakataji na vipengee vya microcircuit.

Mtandao wenyewe hugharimu ubinadamu zaidi ya 5% ya nishati inayozalisha. Kwa hivyo, uingizwaji wa elektroni na fotoni kungesababisha kupunguzwa kwa upotezaji wa kiwango kikubwa cha nishati. Ipasavyo, gharama ya mtandao yenyeweitaanguka.

Quantum Internet nchini Urusi

Hufanya kazi nchini Urusi kwenye mtandao wa quantum ni za kipekee. Licha ya ufadhili mdogo na kila aina ya vikwazo, wanasayansi wamefanya majaribio ya kutosha na kufikia nafasi ya kuongoza katika eneo hili.

Kutokana na hayo, tumeweza kuunda taasisi ya kipekee na ya kiwango cha juu. Inachanganya vikundi vya majaribio na kinadharia pamoja na utafiti uliotumika. Taasisi hii inafadhiliwa kwa sehemu na Gazprombank, kwa sehemu na serikali katika aina tofauti. Kwa vyovyote vile, huu ndio mfano ambao sayansi ya Kirusi inapaswa kufuata bila kuacha chochote.

Kushinda maeneo mapya

Katika hatua ya sasa ya maendeleo ya quantum Internet, ni teknolojia za ulinzi wa data pekee zinazotumia kriptografia ya quantum zinaweza kutajwa. Mitandao kama hii leo ni miunganisho rahisi ya uhakika. Wanasayansi wanalenga kuunda suluhu shirikishi zinazochanganya chaneli tofauti na mbinu za usimbaji fiche.

Ukifuata utekelezaji wa wazo hilo, matokeo ya watafiti wa Kirusi yatakuwa muhimu zaidi. Mfano mmoja ni kigunduzi cha emitter ya fotoni kimoja kinachotengenezwa katika Taasisi ya Kurchatov.

Ili kuwepo kwa ugunduzi kama vile Internet ya quantum, wanasayansi wanahitaji kutatua matatizo ya kuchanganya vifaa maalum vya usambazaji wa data ya quantum na mitandao ya mawasiliano iliyopo leo.

Masuala makuu yamo katika utatuzi wa kubadili na ukuzaji wa mawimbi. Ikiwa utatuma maelezo ya msingi wa quantum juu ya fiber ya kawaida ya macho, basi haitapita kupitia regenerator. Kwa hivyo, suluhu mojawapo ni kugeuza mawimbi kuwa ya umeme na kisha kurudi kwenye nafasi yake ya asili.

Leo kikomo ni kilomita mia tatu. Huu ndio umbali ambao ni muhimu kurejesha ishara ya macho. Tunahitaji pia mfano wa kubadili quantum. Jumla ya kazi zenye shida zinaweza kutatuliwa tu ndani ya miaka kumi. Walakini, katika duru za kisayansi wanabishana juu ya uwezekano wa "saddle" mtandao wa quantum. Inaweza kuleta nini na inawezaje kusaidia? Leo hakuna jibu lisilo na shaka, lakini suluhu la suala la kuanzisha na kuleta teknolojia hizo kwa mwananchi wa kawaida bila shaka litaboresha ubora wa maisha na usalama wake.

Enzi mpya inakuja

China imeweka mradi kabambe leo wa kufanya usafirishaji wa mtandao wa quantum wa kilomita 1200 kwa kutumia satelaiti.

Umbali wa juu zaidi wa kilomita mia moja umefikiwa kwa sasa. Wanasayansi wameunda jinsi ya kulinda ishara kutokana na athari za hali ya hewa. Hata hivyo, kuna uwezekano mkubwa kwamba hisia hii haihusiani na utumaji simu, ambao unaongezeka kila mwaka, lakini kwa mfumo fiche wa quantum, kwa maneno mengine, mfumo mpya wa usimbaji data.

Msimbo wa quantum hauwezi kudukuliwa, kwa usahihi zaidi, unapodukuliwa, maelezo hutoweka. Katika enzi ya vita vya mtandao, hii inamaanisha kutoweza kuathirika. Quantum cryptography imetumiwa kwa muda mrefu na wale wanaotafuta dhamanausalama. Jinsi, kwa mfano, miaka michache iliyopita, benki za Uswisi zilianza kubadilishana data kuhusu wateja wao kupitia mtandao wa quantum. Leo wao ni mdogo kwa umbali wa makumi kadhaa ya kilomita. Kituo cha Quantum cha Urusi kinajiandaa kutambulisha mfumo huo huo, na pia kudhibiti utumaji wa mawimbi ya quantum kupitia satelaiti ya anga.

Utangulizi na utekelezaji

Wakati huo huo, mtandao wa kwanza wa mtandao wa quantum ulizinduliwa huko St. Petersburg kati ya majengo mawili ya chuo kikuu nchini Urusi.

Maelezo hupitishwa kwa kutumia sheria za quantum physics. Mashirika na serikali zenye akili zaidi sasa zinawekeza katika eneo hili. Teknolojia ya uhamishaji habari ya baadaye inatekelezwa kwa misingi ya iliyopo. Kebo ya Fiber optic, kompyuta inayojulikana, lakini kipanga njia kipya na jenereta ya photoni.

Kuwepo kwa Mtandao mpya huanza na leza, ambapo chanzo cha fotoni moja kinapatikana. Wana mali nzuri ya kusambaza habari kwa njia salama. Fotoni moja haiwezi kugawanywa. Ufunguo huundwa kwa namna ambayo kusoma haiwezekani. Ili kugeuza photon kuwa carrier wa habari, mfumo hubadilisha hali yake, awamu ya oscillation ya wimbi la msukumo. Leo, kiwango cha maendeleo ya teknolojia ya quantum kinalinganishwa na jinsi mawasiliano ya simu ya mkononi yalivyoonekana miaka thelathini iliyopita, miaka mingine mitano hadi kumi itapita na photon quanta itaweza kutupa habari salama ya mtandao.

Quantum Internet in Kazan

Mtandao wa mtandao wa quantum umezinduliwa nchini Tatarstan, tovuti yake ya majaribio iko Kazan. Mpango huuni mafanikio muhimu katika maendeleo ya mawasiliano ya quantum nchini Urusi. Kulingana na wanasayansi, hawezi kushambuliwa kabisa na wadukuzi.

Leo, ulinzi wa mtandao wetu wa Intaneti unategemea usimbaji fiche wa algoriti za hisabati, lakini hata msimbo changamano zaidi unaweza kupunguzwa. Kadiri uwezo wa kompyuta wa wadukuzi unavyozidi kuwa na nguvu, ndivyo inavyokuwa rahisi na haraka kukokotoa kanuni za usimbaji fiche.

Teknolojia iliyofafanuliwa katika makala itakuwa muundo mpya wa usalama wa mtandao. Mtandao wa Quantum huko Kazan utaunganishwa katika nodi nne kwa umbali wa kilomita 30-40 kutoka kwa kila mmoja. Gharama ya kuokota kati ya pointi mbili ni karibu dola laki moja. Katika sehemu ya majaribio, mtandao ulionyesha kasi ya mtandao ya quantum ya 117 kb / s na umbali wa kilomita mbili na nusu. Matokeo haya ni mpangilio wa ukubwa wa juu kuliko majaribio ya Ulaya. Katika mtandao, kiwango cha kupoteza maambukizi ya bits ya quantum katika chaneli ya macho ilikuwa dB ishirini. Hii ni sawa na laini ya kilomita mia moja.

Inafaa kukumbuka kuwa mradi huu unahusisha njia ya uendeshaji ya mtandao wa mawasiliano wa miundombinu ya Tattelecom.

Mtandao utaunganisha miji

Katika 2017, imepangwa kuanzisha mradi wa kutambulisha teknolojia mpya. Mtandao wa Quantum huko Tatarstan utaruhusu kuunganisha ofisi katika miji tofauti. Hii ni moja ya kazi kuu zilizowekwa na Kituo cha Kazan Quantum KNITU-KAI na kiongozi wake. Kuangalia mafanikio yao, mtu anaamini bila shaka kuwa hivyo ndivyo itakavyokuwa.