Quantum Internet: cos'è, come funziona? Vantaggi. rete quantistica

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 10:31

Recenti studi condotti da scienziati europei e russi hanno dimostrato che il movimento dell'informazione quantistica e classica può coesistere con successo entro i confini delle stesse linee di trasmissione dati in fibra ottica. Ciò rende possibile in futuro un passaggio graduale dalla consueta Internet, a una rete basata sui paradossi delle particelle elementari, la rete Internet quantistica.

Accelera nella ricerca

Una rivoluzione si sta preparando nell'industria dei computer. I fisici dell'Università della Pennsylvania hanno affermato che i chip di silicio convenzionali raggiungeranno il loro limite in quattro anni. Non sarà possibile ridurli ulteriormente, quindi i normali computer non hanno molto da vivere.

Saranno sostituiti da tecnologie fondamentalmente nuove, i computer quantistici. Al posto dei chip ci saranno particelle elementari. Grazie a ciò è possibile ridurre drasticamente le dimensioni e aumentare la produttività. Finora, questi prototipi non sono più veloci di un computer debole, ma è solo questione di tempo. A sua volta, utilizzando il potenziale più potente, sarà possibile risolvere più rapidamenteproblemi e difficoltà nell'implementazione di un Internet quantistico fondamentalmente nuovo.

I misteri dell'Internet quantistico

Come funziona Internet quantistico? Che cos'è e qual è la sua essenza? La differenza è che si basa sulle leggi della meccanica quantistica. È stato accolto dagli scienziati come un campo caldo e spigoloso che può essere utilizzato per descrivere fenomeni non completamente compresi. Uno di questi è l'effetto fotoelettrico.

I paradossi della fisica quantistica al servizio dell'umanità

Oggi è chiaro: nel nostro prossimo futuro entrerà in scena un fenomeno come l'Internet quantistica. Cosa può portarci o come sarà? Forse questo sarà un altro s alto, simile all'introduzione dei transistor a semiconduttore in passato.

Il suo principio si basa sulla proprietà della sovrapposizione e dell'entanglement quantistico. Non ha una rotazione definita e, misurandone una, la seconda mostra il contrario. Per una comprensione più completa, ciò significa che ogni particella elementare che trasporta informazioni è invisibilmente connessa con la sua coppia "entangled". Inoltre, la distanza tra loro non gioca alcun ruolo, le informazioni vengono trasmesse istantaneamente.

Utilizzando queste leggi anomale, si aprono grandi opportunità nella velocità e riservatezza del trasferimento dei dati. È impossibile intercettare le informazioni inviate in questo modo senza essere notato: qualsiasi lettura lascia tracce o distrugge l'informazione originale.

La velocità è più veloce del pensiero

Per quanto riguarda gli ultimi dati sulla misurazione della velocità di trasferimento dei dati, stupiscono la nostra immaginazione. Supera di dieci la velocità della lucemille volte. Ma, molto probabilmente, gli scienziati in futuro scopriranno che la velocità di trasmissione del segnale è molto più alta di quanto determinato in precedenza, tale è l'Internet quantistica. Cosa significa? Cosa può darci questo? Forse la trasmissione di segnali a distanze prima impensabili nello spazio e nuove scoperte.

Nuove tecnologie nei fotoni

Nella tecnologia di conversione dei fotoni in un vettore di informazioni, gli scienziati russi hanno scoperto l'uso di cristalli cresciuti artificialmente, ovvero i diamanti.

Si scopre che quando la luce passa attraverso i cristalli, acquisisce la proprietà di un liquido e inizia a formare gocce, vortici, onde. Può essere diretto attraverso qualsiasi canale. In generale, si comporta come un liquido. Compreso può diffondersi a una velocità molto bassa o addirittura fermarsi.

Questo è molto interessante da un lato e molto importante, perché ti permette di manipolare la luce e fare qualsiasi cosa, incluso ottenere un fenomeno come una rete Internet quantistica. Ciò consente di utilizzarlo come agente di trasferimento di informazioni. Ora il suo vettore principale è una carica elettrica. Ma è un oggetto imperfetto. Pertanto, qualsiasi movimento o accelerazione di una carica elettrica porta a perdite di energia che vanno nell'ambiente e riscaldano il processore e gli elementi del microcircuito.

La stessa Internet costa all'umanità più del 5% dell'energia che produce. Pertanto, la sostituzione di un elettrone con fotoni porterebbe idealmente a una riduzione della perdita di una colossale quantità di energia. Di conseguenza, il costo di Internet stessocadrà.

Internet quantistico in Russia

I lavori in Russia sull'Internet quantistico sono unici. Nonostante i finanziamenti scarsi e tutti i tipi di ostacoli, gli scienziati hanno condotto un numero sufficiente di esperimenti e raggiunto una posizione di leadership in questo settore.

Di conseguenza, siamo riusciti a creare un'istituzione unica e di alto livello. Combina gruppi sperimentali e teorici e ricerca applicata. Questo istituto è finanziato in parte da Gazprombank, in parte dallo Stato in varie forme. In ogni caso, questo è l'esempio che la scienza russa dovrebbe seguire senza fermarsi davanti a nulla.

Conquistare nuovi territori

Nella fase attuale di sviluppo dell'Internet quantistica, possono essere nominate solo le tecnologie di protezione dei dati che utilizzano la crittografia quantistica. Tali reti oggi sono connessioni point-to-point abbastanza semplici. Gli scienziati mirano a creare soluzioni collaborative che combinino diversi canali e metodi di crittografia.

Se segui l'attuazione dell'idea, i risultati dei ricercatori russi saranno più significativi. Un esempio è il rivelatore di emettitori di fotoni singoli in fase di sviluppo presso l'Istituto Kurchatov.

Per l'esistenza di una tale scoperta come l'Internet quantistica, gli scienziati devono risolvere le difficoltà di combinare apparecchiature speciali per la trasmissione di dati quantistici e le reti di telecomunicazioni esistenti oggi.

I problemi principali risiedono nella soluzione della commutazione e dell'amplificazione del segnale. Se invii informazioni quantistiche su una fibra ottica standard, non passerà attraverso il rigeneratore. Pertanto, una soluzione è trasformare il segnale in uno elettrico e poi tornare alla sua posizione originale.

Oggi il limite è di trecento chilometri. Questa è la distanza alla quale è necessario rigenerare il segnale ottico. Abbiamo anche bisogno di un prototipo di interruttore quantistico. La quantità totale di compiti problematici può essere risolta solo entro dieci anni. Tuttavia, nei circoli scientifici discutono sulla possibilità di "sellare" l'Internet quantistica. Cosa può portare e come può aiutare? Oggi non esiste una risposta univoca, ma la soluzione al problema di introdurre e portare tali tecnologie al cittadino medio migliorerà sicuramente la sua qualità di vita e sicurezza.

Una nuova era sta arrivando

La Cina ha fissato oggi un progetto ambizioso per realizzare 1200 chilometri di trasmissione di rete quantistica utilizzando il satellite.

Al momento è stata raggiunta una distanza massima di cento chilometri. Gli scienziati hanno sviluppato come proteggere il segnale dagli effetti delle condizioni meteorologiche. Tuttavia, questa sensazione è più probabilmente legata non al teletrasporto, che aumenta ogni anno, ma alla crittografia quantistica, in altre parole, a un nuovo sistema di crittografia dei dati.

Un codice quantistico non può essere violato, più precisamente, quando viene violato, le informazioni scompaiono. Nell'era della guerra informatica, questo significa invulnerabilità. La crittografia quantistica è stata a lungo utilizzata da coloro che cercano garanziesicurezza. Come, ad esempio, alcuni anni fa le banche svizzere hanno iniziato a scambiare dati sui propri clienti attraverso una rete quantistica. Oggi sono limitati a una distanza di diverse decine di chilometri. Il Russian Quantum Center si sta preparando a introdurre lo stesso sistema, oltre a padroneggiare la trasmissione di un segnale quantistico tramite un satellite spaziale.

Introduzione e implementazione

Nel frattempo, la prima rete Internet quantistica è stata lanciata a San Pietroburgo tra due edifici universitari in Russia.

Le informazioni vengono trasmesse utilizzando le leggi della fisica quantistica. Le aziende e i governi più intelligenti stanno ora investendo in quest'area. La futura tecnologia di trasferimento delle informazioni viene implementata sulla base di quella esistente. Cavo in fibra ottica, computer familiare, ma un nuovo router e generatore di fotoni.

L'esistenza della nuova Internet inizia con un laser, dove si trova la sorgente dei singoli fotoni. Hanno una buona proprietà per trasmettere informazioni in modo sicuro. Un singolo fotone non può essere diviso. La chiave è formata in modo tale che la lettura non sia possibile. Per trasformare un fotone in un vettore di informazioni, il sistema cambia il suo stato, la fase dell'oscillazione dell'onda dell'impulso. Oggi, il livello di sviluppo della tecnologia quantistica è paragonabile a quello che sembravano le comunicazioni mobili trent'anni fa, passeranno altri cinque o dieci anni e i quanti di fotoni saranno in grado di fornirci un'informazione sicura su Internet.

Internet quantistico a Kazan

Una rete Internet quantistica è stata lanciata in Tatarstan, il suo sito sperimentale si trova a Kazan. Questo programmaè un risultato importante nello sviluppo delle comunicazioni quantistiche in Russia. Secondo gli scienziati, è assolutamente immune agli attacchi degli hacker.

Oggi, la protezione della nostra rete Internet si basa sulla crittografia di algoritmi matematici, ma anche il codice più complesso può essere violato. Più potenti sono le capacità informatiche degli hacker, più facile e veloce è calcolare l'algoritmo di crittografia.

La tecnologia descritta nell'articolo diventerà una nuova struttura di sicurezza della rete. Quantum Internet a Kazan sarà combinato in quattro nodi a una distanza di 30-40 chilometri l'uno dall' altro. Il costo della selezione tra due punti è di circa centomila dollari. Nella sezione sperimentale, la rete ha mostrato una velocità internet quantistica di 117 kb/s con una distanza di due chilometri e mezzo. Questo risultato è un ordine di grandezza superiore a quello delle prove europee. Nella rete, il tasso di perdita di trasmissione dei bit quantistici nel canale ottico era di venti dB. Ciò equivale a una linea lunga cento chilometri.

Vale la pena notare che questo progetto coinvolge la linea operativa della rete di telecomunicazioni dell'infrastruttura Tattelecom.

La rete collegherà le città

Nel 2017, è previsto l'avvio di un progetto per l'introduzione di nuove tecnologie. Quantum Internet in Tatarstan consentirà di collegare uffici in diverse città. Questo è uno dei compiti principali stabiliti dal Kazan Quantum Center KNITU-KAI e dal suo leader. Guardando i loro successi, si crede senza dubbio che sarà così.