Это гонка за новым Интернетом, основанным на квантовой физике | Технологии

В мае 2023 года Бенджамин Ланьон, профессор Университета Инсбрука (Австрия), сделал гигантский шаг на пути к созданию Интернета нового типа: он передал информацию по 50-километровому оптическому волокну, используя принципы физики. квантовый.

В квантовая физика, Информация не организована в блоки данных — двоичные цифры — которые хранятся и обрабатываются компьютерами, как в случае с нынешней глобальной компьютерной сетью. Квантовая физика изучает свойства и взаимодействия молекул, атомов и даже более мелких частиц, таких как электроны и фотоны.

Лос квантовые биты или кубиты, Они открывают дверь к возможности более безопасной передачи информации, учитывая, что частицы меняют состояние, просто наблюдая и измеряя их. Это означает, что любой акт шпионажа всегда будет обнаружен. Лэньон говорит, что его работа делает квантовый интернет возможным на уровне мегаполиса, после чего будет рассмотрено его использование на больших междугородних расстояниях. «Мы можем представить это в масштабе большого города», — отмечает он.

Этот прорыв является результатом исследовательского проекта, финансируемого Европейским Союзом, цель которого — приблизить квантовый Интернет. Этот проект, получивший название Квантовый Интернет-Альянс (QIA) объединяет исследовательские институты и компании со всей Европы. Инициатива получит средства от Евросоюза в размере 24 миллионов евро в течение трех с половиной лет, которые завершатся в марте 2026 года.

«Речь идет не о замене классического Интернета, а о совместной работе», — объясняет немка Стефани Венер, координатор QIA и профессор квантовой информации в Делфтском технологическом университете (Нидерланды). «Мы не собираемся заменять Netflix», — добавляет она. Запутанность — основная концепция квантовой физики. Если две частицы запутаны, независимо от пространственного расстояния между ними, они будут иметь схожие свойства; Например, оба будут иметь одно и то же измерение «спина» — квантовую версию направления вращения частиц.

Спиновое состояние частиц не определено до тех пор, пока они не наблюдаются. До тех пор они находятся в нескольких состояниях — явление, называемое «суперпозицией». Именно наблюдая за ними, можно узнать состояние обеих частиц.

Безграничные возможности

Эта концепция полезна в области безопасности коммуникаций. Любой, кто попытается взломать квантовую передачу, оставит очевидный след, вызывающий изменение состояния наблюдаемой частицы.

«Мы можем использовать свойства квантовой запутанности для создания безопасных средств связи, безопасность которых очевидна, даже если у хакера также есть квантовый компьютер», — говорит Венер. Уровень безопасности связи, который обеспечит квантовая интернет-сеть, откроет очень широкий спектр приложений, которые выходят далеко за рамки того, что позволяет классический Интернет.

Например, в медицине физика запутанности обеспечивает такой уровень синхронизации часов, который может улучшить телехирургию. «Если мы хотим выполнить хирургическую операцию на удаленном узле, он должен быть идеально синхронизирован, чтобы избежать ошибок», — говорит Венер.

Астрономия также могла бы извлечь выгоду из этого прогресса. Телескопы, которые проводят наблюдения на больших расстояниях, могли бы «использовать квантовый Интернет для создания запутывания между датчиками и получения гораздо лучшего изображения неба», добавляет Венер.

Другой пример – банкоматы. В настоящее время, если банкомат выходит из строя, когда пользователь снимает деньги, автомат может предположить, что наличные не были выданы, в то время как другой банкомат может записать, что они были сняты. С появлением квантового Интернета это несоответствие исчезло бы. Многие из применений квантового Интернета, вероятно, не будут известны до тех пор, пока технология не будет создана. «Он предлагает целый ряд новых возможностей для точных измерений пространства и времени, а также для изучения того, как устроен мир и Вселенная», — говорит Лэньон.

Удаленное тестирование

Сейчас сложнее всего расширить квантовый Интернет, чтобы он мог использовать множество частиц на больших расстояниях. Лэньон и его команда также показали, что связь не между отдельными частицами, а между цепочками частиц — в данном случае легких частиц, называемых фотонами, — ускоряет запутывание между квантовыми узлами.

«Если вы отправляете по одному фотону за раз, вам придется ждать время, необходимое для перемещения из одной точки в другую», — объяснил он. «Но если это сделать с помощью цепочек из многих фотонов, можно увеличить скорость запутывания между квантовыми узлами на желаемых расстояниях». Конечная цель — значительно расширить радиус действия квантовых узлов, возможно, до 500 километров, и создать прототип квантового Интернета, который сможет соединить города, очень удаленные друг от друга, как это делают различные узлы классического Интернета для создания глобальная сеть.

Хотя квантовый Интернет для специализированных приложений может появиться уже в 2029 году, эксперты осторожно прогнозируют, когда станет доступна полная версия для широкого спектра применений. «Это очень сложный вопрос», — говорит Венер. Пока QIA предлагает компоненты и системы квантового Интернета, Европа работает над собственной разработкой квантовых компьютеров.

В июне 2023 года государственно-частное партнерство ЕС под названием «Европейское совместное предприятие по высокопроизводительным вычислениям» объявило, что шесть европейских стран Квантовые компьютеры появятся в Германии, Чехии, Испании, Франции, Италии и Польше. Цель состоит в том, чтобы Европа оказалась в авангарде революции квантовых технологий. Квантовые компьютеры будут обладать беспрецедентной вычислительной мощностью и иметь множество приложений, например, возможность расшифровки криптографических алгоритмов, на которых основана безопасность большинства обменов в современном Интернете.

Очень изученная область

Ожидается, что половина наиболее используемых криптографических систем может быть взломана до конца десятилетия, и Европа ни в коем случае не является единственной заинтересованной стороной. За последние годы Китай и США добились собственных успехов в области квантовых вычислений и квантового Интернета.

Возвращаясь к инфраструктуре, Европа пошла по другому пути. развивается космическая и наземная инфраструктура интегрированная технология безопасной связи, ключевой компонент квантового Интернета. «Я с гордостью могу сказать, что мы являемся лидерами во многих областях», — прокомментировал Венер. Хотя во всех заинтересованных странах еще многое предстоит сделать, возможные выгоды позволяют нам похвастаться новыми достижениями и инновациями в краткосрочной перспективе.

«Новые приложения квантовых сетей разрабатываются довольно быстрыми темпами», — объяснил Лэньон.

(Английская версия этой статьи была обновлена ​​12 октября 2023 г. с целью исправления одного слова в цитате Стефани Венер в тринадцатом абзаце. Правильное слово — доказуемо [demostrable] скорее вероятно [probable])

Исследование, описанное в этой статье, финансировалось из фондов ЕС. Статья первоначально опубликована в ГоризонтОбзор исследований и инноваций Европейского Союза.

Вы можете следить Технология Эль-Паис в Фейсбук й Икс или зарегистрируйтесь здесь, чтобы получать наши Семанал информационного бюллетеня.