«Квантовый интернет», основанный на этой таинственной способности запутывать, может фундаментально изменить информационные технологии и общество в целом. Открытие квантовой памяти при комнатной температуре приблизило человечество к интернету нового поколения.
VK будет развивать квантовые вычисления на своей облачной платформе
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. Над глобальным сервисом квантового распределения ключей работают компании Toshiba и NEC , а также несколько японских университетов. Источник напомнил, что 23 июля 2020 года в Чикагском университете был представлен проект квантового интернета. Согласно плану, примeрно чeрeз год ученыe должны создать квантовый канал связи между лабораторией Чикагского унивeрситeта и Национальной лабораторией имeни Фeрми в Батавии Чикаго , США. Квантовое распределение ключей — метод передачи ключа, предполагающий использование квантовых явлений для обеспечения безопасной связи.
Этот метод позволяет двум сторонам, соединенным по открытому каналу связи, создавать известный только им общий случайный ключ и использовать его для шифрования и расшифрования сообщений [3]. Старт разработки квантового интернета в США В конце июля 2020 года Министерство энергетики США представило стратегию разработки национального квантового интернета , который невозможно будет взломать. Власти сотрудничают с университетами и отраслевыми исследователями и обещают создать решение в течение десяти лет. Подробнее здесь. РВК предоставила 300 млн рублей на разработку платформы для квантового интернета в России В конце апреля 2020 года стало известно о том, что РВК предоставила Университету ИТМО грант в размере 300 млн рублей на разработку платформы для квантового интернета. Речь идёт об аппаратно-программном решении под названием «Квантовая коммуникационная платформа цифровой экономики», которое развивается при поддержке РЖД. Запустить пилотную зону на инфраструктуре РЖД для внедрения платформы планируется в 2021 году.
Идея принадлежит специалистам исследовательского центра QuTech [4]. Протокол, работающий на канальном уровне, разработан группой ученых под руководством профессора Стефани Вейнер Stephanie Wehner. Также они проработали общую концепцию квантовых сетей, которые в будущем, по их мнению, могут заменить собой традиционный интернет и локальные сети. В основе идеи специалистов QuTech лежит принцип очень быстрой обработки кубитов, поскольку они не могут находиться в памяти длительное время.
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. Также планируется передавать "запутанные" фотоны с помощью квантового спутника.
Задачами «Росатома» он видит включение появляющихся квантовых технологий, «еще не умеющих ни ходить, ни говорить», в атомную отрасль и скорейшую их индустриализацию, а также помощь ученым с компонентной базой и оборудованием. На нынешнем этапе развития квантовой отрасли, считает Алексей Лихачев, Россия уже может предложить сотрудничество на равных ученым других стран. В результате должно кратно вырасти качество управления и производительности труда, доступность услуг. Президент предложил в течение года подготовить новый нацпроект по формированию экономики данных на период до 2030 года. Он предполагает не только консолидацию мер поддержки технологий, в том числе квантовых, но и выстраивание целостного механизма создания и внедрения передовых разработок. Нацпроект будет охватывать исследования, подготовку кадров, формирование условий для выпуска и тестирования образцов, организацию спроса, гибкое регулирование и поддержку производства, а также технологии сбора, передачи, хранения, обеспечения безопасности данных, национальные стандарты и алгоритмы хранения и обработки информации, создание хранилища кодов.
Распределение квантового ключа или метод QKD, который упоминает Валлоне, относится к данным, зашифрованным с использованием мощности квантовой механики: благодаря деликатному характеру технологии, любые помехи быстро обнаруживаются, что делает невозможным перехват сообщений QKD. Фактически, взлом сообщения квантовой механики может привести к его самоуничтожению. В теории все хорошо, но держать эти безопасные каналы открытыми на больших расстояниях оказалось непросто. Ученые только начинают работать с этим типом технологии. Во многом потому, что неизвестно, может ли он действительно работать.
Российский квантовый центр и VK будут развивать квантовые вычисления в облаке
Концепция «квантового интернета» также обсуждается как идея для следующих Дорожных карт по квантовым вычислениям с горизонтом 2030 года. Партнеры планируют ускорить развитие квантовых вычислений с помощью облачной платформы VK Cloud. Любопытно, что все последствия квантового Интернета можно проследить до эксперимента, настолько простого, что вы можете провести его в своей гостиной. Показанный узел станет основой для создания демонстрационных квантовых компьютеров и прототипирования устройств квантового интернета. Физик Алексей Федоров считает, что ключевую роль в распространении квантовых технологий должен сыграть квантовый интернет.
Квантовая футурология
Подчёркивается, что «квантовый интернет» создаётся не с целью полностью заменить всем знакомый и существующий, а наоборот — для параллельного существования в качестве Сети для банковской отрасли и сферы здравоохранения. Дополнительно новая разработка будет служить интересам национальной безопасности. 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.
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. Эта совокупность общего запутывания между парами людей во всем мире, по сути, составляет квантовый Интернет. Главный вопрос исследования заключается в том, как лучше всего распределить эти запутанные пары среди людей, распределенных по всему миру». Как только это можно будет сделать в больших масштабах, квантовый Интернет станет настолько удивительно быстрым, что удаленные часы будут синхронизированы примерно в тысячу раз точнее, чем лучшие атомные часы, доступные сегодня, как пишет журнал Cosmos. Это сделало бы GPS-навигацию намного более точной, чем сегодня, и отобразило бы гравитационное поле Земли так подробно, чтобы ученые могли заметить пульсацию гравитационных волн.
Американские ученые создают на основе квантовой физики систему более безопасного и мощного интернета, пишет The Washington Post. Попытки перехвата отражаются на фотонах, всегда можно узнать скомпрометирована информация или нет. Это важно для правительственных, финансовых и военных каналов передачи данных.
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.
Об этом было объявлено во время дискуссии «Квантовые вычисления как ответ на глобальные вызовы» в рамках Всемирной выставки Expo 2020 в Дубае. Участниками мероприятия стали главы национальных программ по развитию квантовых технологий, представители государства, бизнеса и научного сообщества России, США, Швейцарии, Испании и Германии.
VK будет развивать квантовые вычисления на своей облачной платформе
Показанный узел станет основой для создания демонстрационных квантовых компьютеров и прототипирования устройств квантового интернета. То есть столь мощный квантовый компьютер впервые стал доступен для общественности. Возможность реализации квантового интернета уже неоднократно была доказана на практике. Концепция квантового интернета, предполагающая реализацию наиболее передовых информационных технологий, в настоящее время находится на уровне отработки прототипов. Благодаря подобным решениям квантовая защита информации через шаг будет доступна для ее встраивания в мобильную связь и интернет вещей.
Мы все ближе к квантовому Интернету. Но что это такое?
У ФИАНа есть ряд идей, но на их реализацию потребуется не менее 10 лет. Задачами «Росатома» он видит включение появляющихся квантовых технологий, «еще не умеющих ни ходить, ни говорить», в атомную отрасль и скорейшую их индустриализацию, а также помощь ученым с компонентной базой и оборудованием. На нынешнем этапе развития квантовой отрасли, считает Алексей Лихачев, Россия уже может предложить сотрудничество на равных ученым других стран. В результате должно кратно вырасти качество управления и производительности труда, доступность услуг. Президент предложил в течение года подготовить новый нацпроект по формированию экономики данных на период до 2030 года. Он предполагает не только консолидацию мер поддержки технологий, в том числе квантовых, но и выстраивание целостного механизма создания и внедрения передовых разработок.
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. Один кубит может хранить два значения, два кубита четыре значения, три кубита восемь значений, четыре кубита шестнадцать значений и т. С ростом числа кубитов экспоненциально увеличивается объём хранимой в них информации. Физики телепортировали данные между тремя узлами, тогда как прежде могли сделать это только между двумя.
Пока что квантовый интернет выглядит так Квантовый интернет — это сеть квантовых компьютеров или, точнее, квантовых дата-центров , которые будут вычислять, получать, а главное — пересылать данные, закодированные в виде квантовых состояний. Он не заменит наш текущий интернет, но станет его дополнением, позволяя быть уверенными в сохранности самой важной информации. Главная задача такого интернета — квантовая криптография.
Но будут также и другие бонусы: более высокая скорость передачи данных, возможность вести квантовые вычисления в облаке и способность разных групп ученых по всему миру проводить сложные научные работы, от поиска параметров черных дыр до нахождения новых частиц и комбинаций молекул. Их данные могут телепортироваться без необходимости сначала быть обработанными и измеренными. Хотя свойства и возможности квантового интернета еще не до конца известны, многие его составляющие уже были обоснованы теоретически, а некоторые, такие как квантовое распределение ключей, уже даже созданы на практике. Пока неясно, когда удастся развернуть полномасштабный глобальный квантовый интернет, но исследователи считают, что государственные квантовые сети для обмена самой важной информацией будут реализованы в США уже в ближайшие 10-15 лет. Над этим работают несколько организаций, в основном базирующихся в Чикаго. Этот город а также китайский Хэфэй обещает стать ключевым при разработке сетей нового поколения. Можно ожидать, что в будущем мы станем слышать о нём все чаще.
Тем не менее вряд ли даже в отдаленном будущем у обычных пользователей появятся персональные квантовые компьютеры. На ПКК нет смысла сидеть в интернете или играть в игры. Вместо этого они будут размещены в университетах, крупных компаниях и дата-центрах, где к ним можно будет получить доступ через облачный сервис, и использоваться отчасти также, как сейчас суперкомпьютеры Google: для проведения передовых исследований, развития науки, хранения и обмена важными данными. Квантовые компьютеры лучше всего подходят под исследования явлений из реального мира — сложных систем со многими составляющими. Взаимодействие атомов и молекул, поведение фотонов, кварков и глюонов. А квантовый интернет позволит обмениваться этой информацией, не преобразуя её в простые нули и единицы, в результате чего неизбежно теряется часть данных. Как работает квантовый интернет?
Ключевое понятие квантовой физики — «запутанность». Если две частицы запутаны связаны, спутаны, entangled друг с другом, то независимо от того, как далеко они находятся одна от другой, они будут иметь схожие характеристики — например, одинаковый «спин», то есть направление вращения частиц. Причины появления «запутанности» частиц называются разные, но проще всего посчитать, что поведение этих частиц, связанных друг с другом, описывается одной и той же волновой функцией. Просто до их измерения мы не знаем, какой. Состояние запутанных частиц неизвестно до момента их наблюдения. Известно только, что оно одинаковое. Когда находят параметры одной из частиц, становятся известны и характеристики второй частицы.
Этот простой физический факт позволит интернету будущего стать безопасным даже от взлома квантовыми компьютерами. Hidden text Передача квантовых данных о частицах всё еще осуществляется по сетям, всё еще со скоростью света по классическому каналу связи. Но называется « квантовой телепортацией » — потому что так условились ученые еще с 1993 года. В скором времени, в связи с развитием интернета нового поколения, в онлайн-изданиях станет появляться всё больше новостей о телепортации. Но стоит помнить, что это просто передача квантового состояния частицы через обычную сеть что, правда, тоже сделать очень непросто — ведь это состояние частиц нужно сначала превратить в нули и единицы, а потом «собрать» назад, ничего не потеряв и не изменив. Обычные компьютеры передают информацию с помощью битов, и к получателю по очереди приходит либо 0, либо 1, из которых тот выстраивает нужную информацию. Кубиты вместо этого телепортируют данные через свои квантовые состояния.
Спин, угловой момент вращения элементарных частиц, — самый простой вариант из таких состояний. Но даже в нём можно закодировать немало данных. Если рассматривать направление вращения как маленькую стрелку компаса, направленную либо вниз, либо вверх, можно кодировать в нём информацию, руководя этой иглой. Правда, в данном случае данные записываются не в виде четких значений, а в виде комбинаций из возможных состояний. Исследователи уже научились это делать — записывать информацию в состояниях фотонов или электронов, а потом телепортировать эти данные через интернет и извлекать их. Пока что дистанции не впечатляют, чаще всего составляя несколько десятков километров. Но направление движения понятно.
Дистанции увеличатся, и технология станет доступна большинству из тех, кому она нужна. На что способен квантовый интернет? Квантовый компьютер сам по себе — огромное достижение человечества, сравнимое с полетом в космос. Программировать фотонами или ядрами атомов — до такого не додумались даже лучшие научные фантасты. Если правильно дать задачу квантовому компьютеру с достаточным числом кубитов, становятся тривиальными даже факторизация больших чисел или решение сложных логистических проблем см. Ожидается, что квантовые машины будут полезны для криптографии, открытия новых видов лекарств, новых молекул и новых материалов, в том числе для солнечных батарей. В разработке находятся несколько десятков видов кубитов, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.
Наиболее распространены квантовые точки, ионные ловушки, сверхпроводящие цепи и дефектные спиновые кубиты. Чтобы раскрыть полный потенциал технологии, квантовый компьютер должен иметь возможность обрабатывать большое количество кубитов — тысячи или десятки тысяч. В идеале, кубитов разных типов — для разных задач. Это возможно при условии, что несколько квантовых компьютеров будут объединены через квантовый интернет — что позволит создать гораздо более мощную систему. Мы пока не знаем точно, на что она будет способна — как 60 лет назад люди не могли бы представить себе современную Сеть. Но одно мы знаем наверняка: вряд ли в нём появятся свои «квантовые» веб-сайты, сервисы и приложения. Для передачи таких данных проще и дешевле использовать нашу старую добрую Всемирную паутину, для которой уже построена вся инфраструктура.
Вместо этого квантовый интернет будет решать три очень важные, но специфические задачи: 1.
С их помощью можно гарантировать конфиденциальное распределение криптографических ключей между удаленными пользователями, при этом стойкость гарантируется фундаментальными законами физики. Для обмена ключами шифрования в технологии используются одиночные фотоны кванты , состояние которых безвозвратно меняется, как только кто-то попытается их «прочитать», рассказали в «Ростелекоме». Именно поэтому любая попытка перехвата будет тут же обнаружена и предотвращена. Помимо гарантии безопасности, квантовый интернет способен передавать данные на высокой скорости и обрабатывать большие объемы информации, добавили в пресс-службе госкорпорации «Ростех». Поэтому спрос на эффективные, быстрые и безопасные каналы связи будет стремительно расти. Технологии «умного» города, беспилотный транспорт, «умные» производства потребуют быстрого обмена данными при максимальной защищенности от взломов и хакерских атак, отметили в РВК.
Ученые впервые организовали онлайн-доступ к отечественному квантовому компьютеру
Инженерам необходимо сделать так, чтобы квантовый Интернет позволял обрабатывать разные типы данных при помощи популярных устройств. Основное преимущество квантового интернета перед обычным — высокий уровень защищенности. Однако классические ретрансляторы нельзя использовать с квантовой информацией, поскольку любая попытка прочитать и скопировать информацию приведет к ее уничтожению. Инженерам необходимо сделать так, чтобы квантовый Интернет позволял обрабатывать разные типы данных при помощи популярных устройств. "Росатом" сообщил, что планирует к 2030 создать "квантовый интернет" на основе квантовых компьютеров. «Квантовый интернет», основанный на этой таинственной способности запутывать, может фундаментально изменить информационные технологии и общество в целом.
В России уточнили сроки запуска квантового интернета
Благодаря подобным решениям квантовая защита информации через шаг будет доступна для ее встраивания в мобильную связь и интернет вещей. Госкорпорация «Росатом» планирует к 2030 году создать «квантовый интернет» на основе квантовых компьютеров, рассказали в Российском квантовом центре. Появление квантового интернета откроет широчайшие перспективы по ускорению производительности устройств. Это квантовый телевизор, квантовый компьютер, квантовая криптография, а теперь еще и квантовый передатчик информации. Мечта коллектива — создать квантовый процессор, который решает задачи быстрее, чем суперкомпьютер, и пригодится широкому кругу людей. Группа физиков из Российского квантового центра и Физического института имени Лебедева впервые показала, как может быть организован онлайн-доступ к отечественному ионному.