Квантовый интернет: что это такое, как работает и когда появится

О квантовом компьютере мы уже много слышали и читали в новостях. Но если скоро он заработает в полную силу, то для него нужен будет еще и квантовый интернет. 

Телеком-компании и супердержавы уже постепенно начинают прощупывать путь на этот рынок. Так, например, голландский оператор KPN и исследовательский центр QuTech подписали партнерское соглашение о том, как сделать квантовый интернет реальностью. А китайский квантовый спутник вот уже как три года проводит эксперименты. Тем более, что такой интернет может обеспечить безопасность, о которой в обычной сети мы можем только мечтать.

Liga.Tech объясняет, что такое квантовый интернет и в чем его преимущества.

Когда началась квантовая гонка?

Три года назад китайские физики запустили первый в мире квантовый спутник - Мо-цзы. В отличие от объектов, которые обеспечивают вам спортивные трансляции, этот бегемот весом в 635 кг не излучает радиоволны. Вместо этого физики разработали его для отправки и получения битов информации, закодированных в фотонах инфракрасного излучения. Это испытание многообещающей технологии, известной как квантовая связь, которая, по мнению экспертов, может быть гораздо более безопасной, чем любая существующая система ретрансляции информации.

В Европе есть Европейский квантовый интернет-альянс, работающий над квантовым интернетом совместно с Делфтским техуниверситетом (Delft University of Technology) в Нидерландах. В 2020 году планируется запуск демонстрационной сети, объединяющей четыре города в Нидерландах. Эта сеть может стать первой в своем роде и позволит осуществлять передачу кубитов между любыми двумя сетевыми узлами.

Соединенные Штаты в декабре прошлого года тоже присоединились к большой игре. Правительство США приняло Закон о Национальной квантовой инициативе, который будет щедро финансировать ряд исследовательских центров, посвященных квантовым технологиям, включая квантовые компьютеры и сети. Судя по последним сообщениям, в Белом Доме квантовое обсуждение только начинается.

Что такое квантовая информация?

Классическая информация заключается в биты, имеющие значения 0 или 1. Квантовая информация хранится в кубитах, которые могут находиться в позиции 1 и 0 одновременно. То есть один квантовый объект может отдавать два разных набора данных в один момент времени. И при этом, любые изменения в эту информацию не могут быть внесены незаметно. Поэтому, одной из главных особенностей квантового интернета считают безопасность.

Как обеспечивается безопасность?

Один из главных принципов квантовой физики - принцип неопределенности Гейзенберга - гласит, что нельзя одновременно точно измерить скорость и местоположение квантовой частицы. Чем точнее определяется одна величина, тем сложнее вычислить вторую. Потому что любое измерение влияет на квантовую систему и меняет ее. А это значит, что ни один хакер не может извлечь квантовую информацию, не оставив следа.

Еще в 1970-м году физик Колумбийского университета в Нью-Йорке Стивен Визнер увидел в этом потенциал и предположил, что можно закодировать информацию в изолированные атомы.

Как будут выглядеть первые квантовые сети?

Большая часть технологий находятся в зачаточном состоянии. Вопросы вызывает хранение информации. Потому что лучшие квантовые ячейки памяти могут хранить информацию менее часа. К тому же, покрытие Земли квантовыми спутниками стоит дорого - один только Мо-цзы обошелся в $100 млн.

Поэтому первая сеть будет миксом квантовой и оптоволоконной сети. Ученые предполагают, что это неплохой вариант: использовать обычный интернет для передачи фотографий котиков и квантовый, чтобы отправлять конфиденциальные данные. Для этого исследовательские группы по всему миру разрабатывают чипы, которые могут позволить классическому компьютеру подключаться к квантовой сети.

Единственная проблема - квантовые сигналы, передаваемые по оптоволокну, исчезают примерно через 97 км. Потому нужны специальные устройства - квантовые повторители - которые помогут передавать сигналы на большие расстояния.

Первая такая сеть может быть построена в ближайшие пять лет.

Какие негативные последствия у квантовой революции?

Квантовые вычисления могут совершить революцию. Но это одновременно и большой риск для нынешнего шифрования, каким мы его знаем. Новая технология, как гораздо более продвинутая, поможет хакерам взломать олдскульное шифрование. А значит и заполучить доступ к конфиденциальным данным, таким как информация о кредитной карте. Чтобы предотвратить это, крупные провайдеры интернет-инфраструктуры, такие как Cloudflare, тестируют технологию постквантовой криптографии с открытым исходным кодом.

Фото на превью: https://ua.depositphotos.com/