«Квантовый интернет», основанный на этой таинственной способности запутывать, может фундаментально изменить информационные технологии и общество в целом. «Квантовые технологии и квантовый компьютер»: запись трансляции, видеоитоги. На нынешнем этапе развития квантового интернета можно назвать только технологии защиты данных с помощью квантовой криптографии. Любопытно, что все последствия квантового Интернета можно проследить до эксперимента, настолько простого, что вы можете провести его в своей гостиной. Группа физиков из Российского квантового центра и Физического института имени Лебедева впервые показала, как может быть организован онлайн-доступ к отечественному ионному.
НТИ: первые стандарты квантовых коммуникаций и интернета вещей утвердили в России
Исследователи из Национальной лаборатории Ок-Риджа Министерства энергетики, Freedom Photonics и Университета Пердью добились успехов в направлении квантового Интернета. Учёные из США, похоже, совершили прорыв в квантовом интернете будущего. Этот эксперимент показывает, как эти проблемы можно преодолеть, и, следовательно, он устанавливает важную веху на пути к будущему квантового интернета. Появление квантового интернета откроет широчайшие перспективы по ускорению производительности устройств. Дроны легко перемещаются, их запуск быстр и дешев, поэтому в будущем планируется создавать целые эскадрильи дронов для обеспечения глобального квантового интернета. Любопытно, что все последствия квантового Интернета можно проследить до эксперимента, настолько простого, что вы можете провести его в своей гостиной.
«Квантовые технологии и квантовый компьютер»: запись трансляции, видеоитоги.
Решением, по мнению ученых, может стать создание устройств на основе концепции квантового интернета. Такой подход позволяет нарастить мощность квантовых компьютеров за счет соединения в квантовые сети — без снижения уровня контроля в каждом из них. Квантовый компьютер необходим для решения задач в области криптографии, квантовой химии, оптимизации финансового моделирования, обучения искусственного интеллекта, с которыми привычные для нас классические компьютеры и даже суперкомпьютеры не справляются. С помощью квантовых алгоритмов можно рассчитывать параметры сложных молекул, лекарств, новейших материалов — например, для авиастроения. Если для решения начальных задач достаточно сотен и тысяч кубитов, то для демонстрации значительного преимущества квантовых устройств нужны сотни тысяч, миллионы. Также требуется высокая точность квантовых операций.
Физический уровень[ править править код ] Основной способ взаимодействия квантовых сетей на больших расстояниях — это использование оптических сетей и фотонных кубитов. Оптические сети имеют преимущество повторного использования существующего оптоволокна. А свободные сети могут быть реализованы так, что смогут передавать квантовую информацию «по воздуху», то есть без использования структурированных сред распространения. Оптоволоконные сети[ править править код ] Оптические сети могут быть реализованы, используя существующие телекоммуникации и телекоммуникационное оборудование. Со стороны отправителя, источник одиночных фотонов можно создать, сильно ослабив стандартный телекоммуникационный лазер , так что среднее число испускаемых фотонов за импульс будет меньше единицы. Чтобы получить данный эффект, используется лавинный фотодиод. Также могут использоваться различные методы регулировки фазы цифрового синтеза [2] и поляризации, такие как разделители луча и интерферометры.
В перспективе на базе уже разработанных ключевых центров можно будет создать аналогичные региональные, внутригородские и даже локальные сети, через которые все желающие могут получить доступ в квантовый интернет, добавили в компании. Новые технологии Квантовые коммуникации — одно из наиболее перспективных направлений для обеспечения информационной безопасности, сказал «Известиям» руководитель научной группы Российского квантового центра, профессор МФТИ Алексей Федоров. 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».
Например, построение квантового компьютера в облачном доступе и запуск на нем ключевых квантовых алгоритмов в режиме реального времени. Облачная платформа обеспечит доступ к квантовым вычислениям для исследователей и бизнес-пользователей, и станет основой для обучения нового поколения разработчиков, работающих с квантовыми технологиями для решения прикладных задач. Сейчас квантовые компьютеры уже разрабатывается в России и в мире. Наша команда занимается созданием квантовых алгоритмов, эмуляторов квантовых компьютеров и инструментов работы с ними.
VK будет развивать квантовые вычисления на своей облачной платформе
Увеличение дальности связи - поскольку квантовая информация может декогерироваться, квантовая память имеет решающее значение для расширения радиуса действия безопасной системы квантовой связи на большие расстояния. Расширяя зону действия этих сетей, чтобы охватить большую географическую территорию, становится возможным соединять центры обработки данных ЦОД , площадки, кампусы и местоположения на больших расстояниях. Квантовая память также может смягчить последствия потери сигнала в оптических волокнах. Квантовая память обеспечивает возможность отложенного выбора QKD.
Метод добавляет дополнительный уровень безопасности к процессу QKD, поскольку задержка с выбором основы измерения усложняет перехватчику возможность получить информацию о ключе, не будучи обнаруженным. Квантовая обработка информации - квантовая память играет важную роль в задачах обработки информации. Такие возможности позволяют выполнять критически важные задачи, такие как исправление и очистка ошибок, а также хранение и манипулирование квантовыми состояниями для вычислений.
Выполнение исправления ошибок и очистки повышает точность кубитов в сети. Синхронизация и распределение квантовых состояний - в классических сетях эти процессы имеют решающее значение для обеспечения бесперебойной передачи данных. Например, при видеотрансляции на начало 2024 г.
В квантовых сетях данные процессы еще более важны из-за хрупкости квантовых состояний, переносимых кубитами. Квантовая память способна выполнять хранение и обработку квантовой информации, что улучшает синхронизацию, детерминированную синхронизацию и операции операционной системы от начала до конца через несколько сетевых узлов вплоть до конечных точек внутри этой сети.
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. Эдакие квантовые реле, сохраняющие кубиты нетронутыми, пока они не достигли места своего назначения. А дальше, когда эта технология будет освоена — можно будет задуматься над повторителями или даже «копирами», способными рассылать один и тот же сигнал нескольким адресатам. Квантовая инфраструктура Перемещение кубитов требует надежной физической линии. Пока что спутниковая связь не показывает достаточной устойчивости к помехам. Поэтому наиболее вероятным для квантового интернета остается оптоволоконный кабель.
Он достаточно дешев и распространен. Как когда-то обычный интернет смог передаваться по телефонным кабелям, так и квантовый интернет, по крайней мере на начальном этапе, будет идти по оптоволоконным. Всё это нужно только расширить. Поставить ретрансляторы, квантовые приемники и передатчики, переоборудовать дата-центры. Первые локальные квантовые сети для экспериментов у нас уже есть, осталось расширить и отточить технологию. Научиться дешево и быстро ставить квантовую инфраструктуру на обычные оптоволоконные сети.
Исследователь из Института экспериментальной физики Университета Инсбрука Трейси Элеонора Нортап: «Квантовый компьютер может решать задачи и не иметь доступа к персональным данным. Сейчас же Google знает, какие данные пользователи хранят на серверах». Квантовый компьютер способен генерировать кубит из-за очень малых или охлаждённых почти до абсолютного нуля частиц. Считается, что квантовые компьютеры могут ускорить разработку лекарств, повысить эффективность искусственного интеллекта и улучшить шифрование.
Поскольку между узлами нет проводящего материала, квантовый интернет даёт надежную передачу даже в сетевых соединениях с большими потерями, при этом без потери реальных данных. Это работает благодаря квантовому свойству «запутанности». Изменение состояния одной квантовой системы мгновенно изменяет другую далёкую запутанную квантовую систему. По сути, теперь это одна система».
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.
Квантовый интернет уже близко
Однако для передачи запутанных фотонов на большие расстояния требуются два устройства: одно для их создания, а второе для хранения и извлечения в сети передачи данных. Ученые уже пытались создать такие устройства, однако сталкивались с двумя основными проблемами: генерация запутанных фотонов по требованию и разработка совместимой квантовой памяти для их хранения. Основная сложность заключалась в том, что устройства для создания и хранения фотонов работали на разных длинах волн. Из-за этого их взаимодействие было затруднено.
В результате сотрудничества ученых Имперского колледжа и Университета Саутгемптона в Великобритании, а также Университета Штутгарта и Университета Вюрцбурга в Германии было разработано устройство, работающее на одной длине волны. В этом устройстве генерируются незапутанные фотоны, называемые квантовыми точками. Затем эти квантовые точки передаются в систему квантовой памяти, где их хранят с помощью атомов рубидия.
Для включения и выключения памяти и выпуска фотонов по требованию использовался лазер. Что еще более важно, длина волны, которую задействует устройство, совместима с оптоволоконной инфраструктурой, которая сегодня объединяет мир.
С тех пор они с коллегами три года практически живут в лаборатории.
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.
Исследователям удалось разработать систему из 4 кубитов, не наращивая число ионов, а применив оригинальную технологию масштабирования квантовых процессоров с использованием многоуровневых носителей информации — кудитов. Для справки: Госкорпорация «Росатом» — глобальный технологический многопрофильный холдинг, объединяющий активы в энергетике, машиностроении, строительстве. С 2018 года реализует единую цифровую стратегию ЕЦС , предполагающую многоплановую работу по ряду направлений. В направлении «Участие в цифровизации РФ» является центром компетенций федерального проекта «Цифровые технологии» нацпрограммы «Цифровая экономика РФ»; ответственным за создание в России к 2024 году квантового компьютера; совместно с Госкорпорацией «Ростех» выступает соисполнителем дорожной карты по развитию высокотехнологичной области «Новые производственные технологии».
Китай запустил сеть квантовой связи, охватывающую примерно 2000 км между Пекином и Шанхаем, с целью ее дальнейшего расширения. Европа В ЕС лидером в области квантовых вычислений считается Голландия. Правительство Нидерландов вкладывает значительные средства в этот сектор — в 2021 году оно выделило 615 млн евро.
Цель Голландии — в сотрудничестве с другими членами Евросоюза обеспечить надежную и безопасную связь и укрепить европейский суверенитет в области новых квантовых технологий. Новая квантовая сеть первоначально будет доступна для промышленности и науки в качестве испытательного стенда для разработки новых продуктов и приложений, а также для раскрытия всего потенциала распределенных квантовых вычислений. Россия В России к 2030 году планируют создать общую сеть квантовых компьютеров, на основе которых будет функционировать «квантовый интернет».
По задумке разработчиков, такая сеть увеличит производительность компьютерных устройств «в десятки и сотни миллионов раз». Как и квантовые компьютеры, квантовый интернет не вышел далеко за пределы лабораторий и испытательных стендов. Проблема у всех разработчиков общая — квантовые технологии могут работать только в защищенной среде в течение коротких промежутков времени над узкоспециализированными задачами и допускают массу ошибок.
«Квантовые технологии и квантовый компьютер»: запись трансляции, видеоитоги.
Большинство систем криптографии, обеспечивающих безопасность подключения к Интернету, основаны на математических задачах, которые было бы непрактично решать с помощью классических компьютеров, таких как факторизация больших простых чисел. Для обычных компьютеров это годы вычислений, для квантовых — часы. Пока квантовых компьютеров слишком мало, их производительность невысока, но динамика развития позволяет предположить, что осталось недолго. Поэтому наличие квантовых вычислительных систем требует квантового же интернета, который будет построен по другому принципу. И квантификация всей сети! Квантовый интернет — это гипотетическая сеть будущего, позволяющая обмениваться информацией в среде, работающей на основе правил квантовой механики.
Это подразумевает новый уровень эффективности, которого просто невозможно достичь с помощью интернета на классических компьютерах, но соединять она может не только квантовые, но и другие устройства. Квантовые сети имеют много интересных особенностей, но в практическом смысле они сводятся к двум основным преимуществам. Первое из них — принципиальная невзламываемость квантового шифрования, что выводит безопасность на новый уровень. В отличие от классических ключей, устойчивость которых относительна любой ключ может быть вскрыт при условии достаточного времени и приложенных вычислительных мощностей, просто обычно эти условия делают взлом нерациональным , квантовые ключи защищены законами физики. В основе концепции квантовой кибербезопасности так называемой идеи квантового распределения ключей QKD лежит процесс связи между двумя сторонами, при котором отправитель шифрует традиционные данные, кодируя их в кубиты, и передает их получателю, который затем применяет свойства кубитов для декодирования информации.
При этом легко определить, были ли данные скомпрометированы, поскольку прерывание процесса третьей стороной приводит к коллапсу кубитов. Попытка доступа к значению кубита — это квантовый «акт наблюдателя», который нарушает его суперпозицию. Кубит изменит свое состояние, что станет сигналом взлома данных. Несмотря на то, что квантовые вычисления в самом начале пути, квантовое шифрование уже работает — первый QKD банковский перевод был сделан еще в 2004 году. Теоретически эта технология может быть использована для отправки сообщений в чисто квантовой форме, но до этого еще далеко.
По оценке ученых, отсутствие инфраструктуры задержит распространение квантового интернета примерно на десятилетие, подключение пользователей в крупных городах займет еще пять-десять лет. Зайдя на сайт, вы увидите комнату с разными предметами, каждый из которых звучит по-своему. Можно нажать на гитару, чтобы подключить бас, или добавить шум ночного города, щелкнув на окно. В телевизоре спрятана нейросеть MusicVAE, которая позволяет комбинировать старые мелодии и создавать из них новую музыку. Нажав на радиоприемник, вы запустите алгоритм MelodyRNN, он генерирует случайный мотив. Сайтом можно пользоваться с телефона и компьютера.
Технология недели: ударные беспилотники научились сами выбирать цели Американская компания General Atomics Aeronautical Systems провела летные испытания беспилотника MQ-9 Reaper, оснащенного системой Agile Condor. С помощью искусственного интеллекта она может находить цели и наносить по ним удары. Agile Condor также сама предлагает оператору-человеку новые мишени на основе предыдущих заданий. Сейчас каждым беспилотником Reaper управляют два человека: один отвечает за пилотирование, второй — за выбор целей. Система Agile Condor снизит нагрузку на людей, благодаря чему управлять беспилотником в перспективе сможет один человек. Инициатива недели: Китай предложил ввести мировые стандарты безопасности данных В августе 2020 года США запустили программу Clean Network «Чистая сеть» , которая запрещает китайским ИТ- и телеком-компаниям вести бизнес на территории страны.
В ответ на это Китай предложил разработать мировые стандарты безопасности данных.
В 2021 году учёные представили первый четырёхкубитовый прототип, а через год мощность отечественного квантового ПК была увеличена до пяти кубитов. Параллельно с созданием компьютера велась разработка прикладного программного обеспечения для работы с квантовыми вычислениями. В конце марта 2023 года был представлен облачный интерфейс.
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.
Рекомендации
- Путин протестировал видеосвязь по квантовой сети — 13.07.2023 — В России на РЕН ТВ
- До конца года в России построят ещё 1400 км квантовой сети
- Комментарии
- Российские ученые показали узел квантового интернета | Пикабу
- США готовит квантовый интернет, который будет невозможно взломать — Washington Post
Комментарии
- Только благодаря счастливой случайности Земля не столкнулась с астероидом – убийцей
- Квантовый интернет - что это, как работает? Преимущества. Квантовая сеть
- Квантовая передача данных: как обстоят дела на сегодняшний день?
- В России планируют создать квантовый интернет
Лучшие друзья интернета: как алмазы помогут создать квантовую сеть будущего
Квантовый интернет — это технология передачи данных, использующая квантовую запутанность, благодаря которой информация может быть передана мгновенно и абсолютно. На ее основе планируется создание «квантового интернета». Возможность реализации квантового интернета уже неоднократно была доказана на практике. Международная группа ученых из Великобритании и Германии добилась прорыва в работе над созданием квантовых информационных сетей, которые в будущем могут прийти на смену.
В США разрабатывают практически невзламываемый квантовый интернет
Мечта коллектива — создать квантовый процессор, который решает задачи быстрее, чем суперкомпьютер, и пригодится широкому кругу людей. ↑ Квантовый интернет: H.J. Kimble, The Quantum Internet. Первые стандарты в области квантовых коммуникаций и квантового интернета вещей, которые открывают серию национальных стандартов в области квантовых технологий, |. Квантовый интернет потенциально способен работать на огромной скорости, что может сделать прорыв в области передачи данных. Ледингем добавил, что этот прорыв может стать началом новой эры в квантовых технологиях, поскольку он предоставляет основу для будущего квантового интернета. Группа физиков из Российского квантового центра и Физического института имени Лебедева впервые показала, как может быть организован онлайн-доступ к отечественному ионному.
Как будет развиваться квантовый интернет
Он также рассказал, какие перспективы открывает новый инструмент и что потребуется, чтобы он заработал. Федоров отметил, что основная проблема сейчас — масштабирование квантовых вычислений. Сделать это невозможно, не потеряв качество контроля над кубитами. Однако выход есть — нужно объединить квантовые процессоры промежуточного масштаба в единую сеть.
Основная сложность заключалась в том, что устройства для создания и хранения фотонов работали на разных длинах волн. Из-за этого их взаимодействие было затруднено. В результате сотрудничества ученых Имперского колледжа и Университета Саутгемптона в Великобритании, а также Университета Штутгарта и Университета Вюрцбурга в Германии было разработано устройство, работающее на одной длине волны. В этом устройстве генерируются незапутанные фотоны, называемые квантовыми точками.
Затем эти квантовые точки передаются в систему квантовой памяти, где их хранят с помощью атомов рубидия. Для включения и выключения памяти и выпуска фотонов по требованию использовался лазер. Что еще более важно, длина волны, которую задействует устройство, совместима с оптоволоконной инфраструктурой, которая сегодня объединяет мир. Это упростит развертывание квантовых компьютеров в будущем. Ученые планируют улучшить систему, уменьшив ее размер и увеличив продолжительность хранения фотонов.
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. После остывания стекло и алмаз сжимаются, но степень сжатия стекла меньше и оно будет создавать в алмазной плёнке усилие на молекулярное растяжение.
Проект квантового компьютера с удаленным доступом был запущен три года назад. В 2021 году учёные представили первый четырёхкубитовый прототип, а через год мощность отечественного квантового ПК была увеличена до пяти кубитов.
Параллельно с созданием компьютера велась разработка прикладного программного обеспечения для работы с квантовыми вычислениями.