Wyścig o Internet jutra trwa

​W maju 2023 r. dr Benjamin Lanyon z Uniwersytetu w Innsbrucku w Austrii wykonał ważny krok w kierunku stworzenia nowego rodzaju Internetu. W rzeczywistości był w stanie przesyłać informacje za pomocą światłowodów o długości 50 kilometrów, opierając się na zasadach fizyki kwantowej.

W fizyce kwantowej informacja nie występuje w postaci jednostek danych (liczb binarnych), które są przechowywane i przetwarzane przez komputery, jak ma to miejsce obecnie w sieci WWW. Dziedzina fizyki kwantowej obejmuje właściwości i interakcje cząsteczek, atomów, a nawet mniejszych cząstek, takich jak elektrony i fotony.

Siła cząsteczek

Oczekuje się, że bity kwantowe, czyli kubity, zapewnią możliwość bezpieczniejszego przesyłania informacji, ponieważ cząstki są modyfikowane w drodze obserwacji lub pomiarów. Oznacza to, że pozbawione skrupułów uszy nie mogą pozostać niezauważone.

Lanyon powiedział, że jego praca pokazała, że ​​internet kwantowy wydaje się możliwy w miastach i że kolejnym celem będzie pokonywanie większych odległości między miastami.

„Można sobie wyobrazić obsługę dużego miasta” – powiedział.

Jej odkrycie jest częścią projektu badawczego Unii Europejskiej, którego celem jest zbliżenie się do Internetu kwantowego.

pod tytulem Kwantowy Sojusz Internetowylub QIA, projekt skupia instytuty badawcze i firmy z całej Europy. Unia Europejska wspiera tę inicjatywę kwotą 24 mln euro w ciągu trzech i pół roku, do końca marca 2026 r.

„Celem nie jest zastąpienie klasycznego Internetu, ale umożliwienie współpracy tych dwóch typów Internetu”. – powiedziała Stephanie Weiner, pochodząca z Niemiec, która koordynuje Katarski Urząd ds. Inwestycji i wykłada informatykę kwantową na Uniwersytecie Technologicznym w Delft w Holandii. „Nie zastąpimy Netflixa”.

Jednym z podstawowych pojęć fizyki kwantowej jest splątanie. Jeśli dwie cząstki zostaną splątane, będą miały podobne właściwości niezależnie od odległości między nimi w przestrzeni. Na przykład oba miałyby tę samą miarę tak zwanego „spinu”, który jest kwantową wersją kierunku wirowania cząstek.

Stan rotacji cząstek jest jasny dopiero po obserwacji. W międzyczasie znajdują się w kilku stanach zwanych „nakładką”.

Ale kiedy zaobserwujemy jedną z dwóch cząstek, stan obu staje się znany.

Wiele możliwości

Ta właściwość jest przydatna w przypadku bezpiecznej komunikacji. Osoby, które zhakują transmisję kwantową, pozostawią po sobie wyraźny ślad swojej próby, powodując zmianę stanu obserwowanej cząstki.

„„Możemy wykorzystać właściwości splątania kwantowego, aby opracować bezpieczny sposób komunikacji, którego bezpieczeństwo można udowodnić, nawet jeśli haker ma komputer kwantowy” – powiedział Weiner.

Bezpieczna komunikacja zapewniana przez Internet kwantowy może utorować drogę szerokiej gamie zastosowań znacznie wykraczających poza granice klasycznego Internetu.

Na przykład w medycynie fizyka splątania zapewnia dostęp do poziomu synchronizacji zegara, który może poprawić jakość operacji na odległość.

„Jeśli chcę działać na odległym węźle, chcę, aby synchronizacja była bardzo precyzyjna, aby nie popełnić żadnych błędów” – powiedziała pani Weiner.

Astronomia również powinna skorzystać z tej technologii.

Teleskopy prowadzące zdalne obserwacje mogą „wykorzystywać internet kwantowy do generowania splątania między czujnikami, aby uzyskać obraz nieba o znacznie lepszej jakości” – powiedział Weiner.

Oczekuje się, że internet kwantowy doprowadzi także do udoskonalenia bankomatów.

Obecnie, jeśli bankomat ulegnie awarii podczas wypłaty pieniędzy, urządzenie zakłada, że ​​pieniądze nie zostały dostarczone, mimo że inny bankomat zarejestruje wypłatę gotówki. Internet kwantowy może wyeliminować tę sprzeczność.

Wiele zastosowań Internetu kwantowego zostanie prawdopodobnie zidentyfikowanych dopiero po opracowaniu technologii.

„Przynosi cały świat nowych możliwości dokonywania precyzyjnych pomiarów przestrzeni i czasu oraz badania, jak działa świat i wszechświat” – powiedział Lanyon.

Próba odległości

Wyzwanie polega obecnie na opracowaniu wielkoskalowego Internetu kwantowego, który umożliwiłby wykorzystanie dużej liczby cząstek na długich dystansach.

Lanyon i jego zespół wykazali również, że istnieje komunikacja nie tylko pomiędzy pojedynczymi cząstkami, ale także pomiędzy „łańcuchami” cząstek (w tym przypadku cząstkami światła zwanymi „fotonami”), co powoduje przyspieszenie tempa splątania kwantowego . Kontrakt.

„Jeśli wyślesz tylko jeden foton na raz, będziesz musiał poczekać na czas potrzebny na podróż” – powiedział. „Ale jeśli potrafisz jednocześnie stworzyć ciągi kilku fotonów, możesz zwiększyć współczynnik splątania między węzłami kwantowymi na wymaganych dystansach”.

Ostatecznym celem jest rozciągnięcie węzłów kwantowych na znacznie większe odległości, np. 500 kilometrów, i stworzenie prototypowego Internetu kwantowego zdolnego do łączenia odległych miast, podobnie do Internetu, który znamy, wykorzystującego różne węzły do ​​tworzenia globalnego Internetu.

Chociaż internet kwantowy mógłby zacząć działać już w 2029 r. w wyspecjalizowanych zastosowaniach, eksperci wahają się, czy określić, kiedy będzie dostępna pełna wersja, która spełni szersze spektrum zastosowań.

„To bardzo delikatna kwestia” – stwierdziła pani Weiner.

Podczas gdy QIA pracuje nad udoskonaleniem komponentów i systemów Internetu kwantowego, Europa również sama opracowuje komputery kwantowe.

W czerwcu 2023 r. europejskie partnerstwo publiczno-prywatne, Europejskie Wspólne Przedsięwzięcie na rzecz Obliczeń Wielkiej Skali, ogłosiło, że Sześć krajów europejskich Będą tam komputery kwantowe. Kraje, których to dotyczy, to Republika Czeska, Francja, Niemcy, Włochy, Polska i Hiszpania.

Celem jest, aby Europa odegrała wiodącą rolę w rewolucji technologii kwantowej. Oczekuje się, że komputery kwantowe zapewnią niespotykaną dotąd moc obliczeniową odpowiednią do wielu zastosowań. Ta moc umożliwi złamanie algorytmów szyfrowania, które zabezpieczają większość obecnych giełd online.

Zatłoczony sektor

Chociaż szacuje się, że do końca tej dekady połowa najpowszechniej stosowanych systemów szyfrowania zostanie złamana, Europa nie jest osamotniona w tym problemie.

W ostatnich latach Chiny i Stany Zjednoczone poczyniły postępy w dziedzinie obliczeń kwantowych i Internetu.

Jeśli chodzi o infrastrukturę, Europa zmierza w innym kierunku. Jest w trakcie opracowywania a Infrastruktura kosmiczna i naziemna Zintegrowana sieć przeznaczona do zabezpieczania komunikacji, która w jakiś sposób stanowiłaby kamień węgielny Internetu kwantowego.

„Z dumą mogę powiedzieć, że jesteśmy światowymi liderami w wielu obszarach” – powiedziała pani Weiner.

Chociaż we wszystkich zainteresowanych krajach jest jeszcze wiele do zrobienia, potencjalne korzyści płynące z tej technologii wskazują na wiele osiągnięć i odkryć w najbliższej przyszłości.

„Zespoły opracowują nowe zastosowania sieci kwantowych w dość szybkim tempie” – powiedział Lanyon.

Ten artykuł został zaktualizowany 12 października 2023 r. w celu skorygowania słowa w cytacie Stephanie Weiner o godz. 13^H ustęp. Słowo „prawdopodobne” zastąpiono słowem „potwierdzone”.

Badania przeprowadzone na potrzeby tego artykułu zostały sfinansowane przez Unię Europejską.

Więcej informacji

Artykuł ten został pierwotnie opublikowany naHoryzontczasopismo Unii Europejskiej poświęcone badaniom i innowacjom.