اینترنت کوانتومی - چیست، چگونه کار می کند؟ مزایای. شبکه کوانتومی

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

مطالعات اخیر انجام شده توسط دانشمندان اروپایی و روسی نشان داده است که حرکت اطلاعات کوانتومی و کلاسیک می تواند با موفقیت در مرزهای همان خطوط انتقال داده فیبر نوری وجود داشته باشد. این امکان را در آینده برای انتقال تدریجی از اینترنت معمولی، به شبکه‌ای مبتنی بر پارادوکس‌های ذرات بنیادی، شبکه اینترنت کوانتومی، ممکن می‌سازد.

تسریع در تحقیق

انقلابی در صنعت کامپیوتر در حال شکل گیری است. فیزیکدانان دانشگاه پنسیلوانیا گفته اند که تراشه های سیلیکونی معمولی در چهار سال آینده به حد مجاز خود خواهند رسید. کاهش بیشتر آنها ممکن نخواهد بود، بنابراین کامپیوترهای معمولی عمر زیادی ندارند.

آنها با فناوری های اساسی جدید، یعنی رایانه های کوانتومی، جایگزین خواهند شد. به جای تراشه، ذرات بنیادی وجود خواهد داشت. به لطف این، می توان اندازه را به شدت کاهش داد و بهره وری را افزایش داد. تا اینجای کار، این نمونه‌های اولیه سریع‌تر از یک کامپیوتر ضعیف نیستند، اما مسئله زمان است. به نوبه خود، با استفاده از قوی ترین پتانسیل، می توان آن را با سرعت بیشتری حل کردمشکلات و مشکلات در اجرای یک اینترنت کوانتومی اساسا جدید.

رازهای اینترنت کوانتومی

اینترنت کوانتومی چگونه کار می کند؟ چیست و جوهر آن چیست؟ تفاوت این است که بر اساس قوانین مکانیک کوانتومی است. دانشمندان آن را به عنوان میدانی داغ و پرحاشیه پذیرفته اند که می توان از آن برای توصیف پدیده هایی استفاده کرد که به طور کامل درک نشده اند. یکی از آنها اثر فوتوالکتریک است.

پارادوکس های فیزیک کوانتومی در خدمت بشریت

امروز مشخص است: در آینده نزدیک ما پدیده ای مانند اینترنت کوانتومی وارد خواهد شد. این چه چیزی می تواند برای ما به ارمغان بیاورد یا چگونه خواهد بود؟ شاید این یک جهش دیگر باشد، شبیه به معرفی ترانزیستورهای نیمه هادی در گذشته.

اصل آن مبتنی بر خاصیت برهم نهی و درهم تنیدگی کوانتومی است. چرخش مشخصی ندارد و هنگام اندازه گیری یکی، دومی عکس آن را نشان می دهد. برای درک کامل تر، این بدان معنی است که هر ذره بنیادی حامل اطلاعات به طور نامرئی با جفت "درهم" خود مرتبط است. علاوه بر این، فاصله بین آنها هیچ نقشی ندارد، اطلاعات بلافاصله منتقل می شود.

با استفاده از این قوانین غیرعادی، فرصت های بزرگی در سرعت و محرمانه بودن انتقال داده ها باز می شود. رهگیری اطلاعات ارسال شده به این روش بدون توجه به آن غیرممکن است: هر گونه خواندن ردی از اطلاعات اصلی باقی می گذارد یا آن را از بین می برد.

سرعت سریعتر از آنچه تصور می شد است

در مورد آخرین داده ها در مورد اندازه گیری سرعت انتقال داده، آنها تخیل ما را شگفت زده می کنند. از سرعت نور ده بیشتر می شودهزار بار اما، به احتمال زیاد، دانشمندان در آینده متوجه خواهند شد که سرعت انتقال سیگنال بسیار بالاتر از آنچه قبلاً تعیین شده است، مانند اینترنت کوانتومی است. چه مفهومی داره؟ این چه چیزی می تواند به ما بدهد؟ شاید انتقال سیگنال ها به فواصل غیر قابل تصور قبلی در فضا و اکتشافات جدید.

فناوری های جدید در فوتون

در فناوری تبدیل فوتون ها به حامل اطلاعات، دانشمندان روسی استفاده از کریستال های مصنوعی رشد یافته، یعنی الماس را یافته اند.

معلوم می شود که وقتی نور از کریستال ها می گذرد، خاصیت مایع پیدا می کند و شروع به تشکیل قطرات، گرداب ها، امواج می کند. می توان آن را از طریق هر کانالی هدایت کرد. به طور کلی، مانند یک مایع رفتار می کند. از جمله آن می تواند با سرعت بسیار آهسته پخش شود یا حتی متوقف شود.

این از یک طرف بسیار جالب و بسیار مهم است، زیرا به شما امکان می دهد نور را دستکاری کنید و هر کاری انجام دهید، از جمله به دست آوردن پدیده ای مانند یک شبکه اینترنتی کوانتومی. این اجازه می دهد تا از آن به عنوان عامل انتقال اطلاعات استفاده شود. اکنون حامل اصلی آن یک بار الکتریکی است. اما یک شیء ناقص است. بنابراین، هر حرکت یا شتاب بار الکتریکی منجر به تلفات انرژی می شود که به محیط می رود و پردازنده و عناصر ریزمدار را گرم می کند.

اینترنت به خودی خود بیش از ۵ درصد انرژی تولید شده برای بشریت هزینه دارد. بنابراین، جایگزینی یک الکترون با فوتون در حالت ایده آل منجر به کاهش اتلاف مقدار عظیمی از انرژی می شود. بر این اساس، هزینه خود اینترنت استسقوط خواهد کرد.

اینترنت کوانتومی در روسیه

کارها در روسیه روی اینترنت کوانتومی منحصر به فرد هستند. علیرغم بودجه کم و انواع موانع، دانشمندان آزمایش های کافی انجام داده اند و به موقعیت پیشرو در این زمینه دست یافته اند.

در نتیجه، ما موفق شدیم یک موسسه منحصر به فرد و سطح بالا ایجاد کنیم. ترکیبی از گروه های تجربی و نظری و همچنین تحقیقات کاربردی است. این موسسه تا حدی توسط Gazprombank و بخشی توسط دولت به اشکال مختلف تامین مالی می شود. در هر صورت، این مثالی است که علم روسی باید بدون توقف در چیزی از آن پیروی کند.

فتح سرزمین های جدید

در مرحله کنونی توسعه اینترنت کوانتومی، تنها فناوری های حفاظت از داده ها با استفاده از رمزنگاری کوانتومی را می توان نام برد. امروزه چنین شبکه هایی اتصالات نقطه به نقطه نسبتاً ساده هستند. هدف دانشمندان ایجاد راه‌حل‌های مشترکی است که کانال‌های مختلف و روش‌های رمزگذاری را ترکیب می‌کند.

اگر اجرای این ایده را دنبال کنید، نتایج پژوهشگران روسی قابل توجه تر خواهد بود. یک مثال آشکارساز تابشگر تک فوتونی است که در موسسه کورچاتوف توسعه یافته است.

برای وجود چنین کشفی مانند اینترنت کوانتومی، دانشمندان باید مشکلات ترکیب تجهیزات ویژه برای انتقال داده های کوانتومی و شبکه های مخابراتی موجود را حل کنند.

مشکلات اصلی در راه حل سوئیچینگ و تقویت سیگنال نهفته است. اگر اطلاعات مبتنی بر کوانتومی را روی یک فیبر نوری استاندارد ارسال کنید، آنگاه از بازسازی کننده عبور نخواهد کرد. بنابراین، یک راه حل این است که سیگنال را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل کنید و سپس به موقعیت اولیه خود بازگردید.

امروز حد سیصد کیلومتر است. این فاصله ای است که در آن لازم است سیگنال نوری بازسازی شود. ما همچنین به یک نمونه اولیه سوئیچ کوانتومی نیاز داریم. تعداد کل کارهای مشکل ساز فقط در عرض ده سال قابل حل است. با این وجود، در محافل علمی درباره امکان "زین کردن" اینترنت کوانتومی بحث می کنند. چه چیزی می تواند به همراه داشته باشد و چگونه می تواند کمک کند؟ امروز هیچ پاسخ روشنی وجود ندارد، اما راه‌حل موضوع معرفی و رساندن چنین فناوری‌هایی به یک شهروند عادی قطعاً کیفیت زندگی و ایمنی او را بهبود می‌بخشد.

دوران جدیدی در راه است

چین امروز یک پروژه بلندپروازانه را برای انتقال ۱۲۰۰ کیلومتر شبکه کوانتومی با استفاده از ماهواره تنظیم کرده است.

حداکثر مسافت صد کیلومتر در حال حاضر رسیده است. دانشمندان نحوه محافظت از سیگنال در برابر اثرات شرایط جوی را توسعه داده اند. با این حال، این احساس به احتمال زیاد نه با انتقال از راه دور، که هر سال در حال افزایش است، بلکه با رمزنگاری کوانتومی، به عبارت دیگر، یک سیستم رمزگذاری داده جدید مرتبط است.

یک کد کوانتومی را نمی توان هک کرد، به طور دقیق تر، وقتی هک شود، اطلاعات ناپدید می شوند. در دوران جنگ سایبری، این به معنای آسیب ناپذیری است. رمزنگاری کوانتومی برای مدت طولانی توسط کسانی که به دنبال تضمین هستند استفاده می شودامنیت. به عنوان مثال، چند سال پیش، چگونه بانک های سوئیسی شروع به تبادل اطلاعات در مورد مشتریان خود از طریق یک شبکه کوانتومی کردند. امروزه آنها به فاصله چند ده کیلومتری محدود شده اند. مرکز کوانتومی روسیه در حال آماده شدن برای معرفی همین سیستم و همچنین تسلط بر انتقال سیگنال کوانتومی از طریق ماهواره فضایی است.

معرفی و اجرا

در همین حال، اولین شبکه اینترنتی کوانتومی در سن پترزبورگ بین دو ساختمان دانشگاه در روسیه راه اندازی شد.

اطلاعات با استفاده از قوانین فیزیک کوانتومی منتقل می شود. باهوش ترین شرکت ها و دولت ها اکنون در این زمینه سرمایه گذاری می کنند. فناوری انتقال اطلاعات آینده بر اساس فناوری موجود در حال اجراست. کابل فیبر نوری، کامپیوتر آشنا، اما یک روتر و مولد فوتون جدید.

وجود اینترنت جدید با لیزر آغاز می شود، جایی که منبع تک فوتون ها قرار دارد. آنها دارای خاصیت خوبی برای انتقال اطلاعات به روشی امن هستند. یک فوتون را نمی توان تقسیم کرد. کلید به گونه ای شکل گرفته است که خواندن امکان پذیر نیست. برای تبدیل یک فوتون به یک حامل اطلاعات، سیستم حالت خود را تغییر می دهد، فاز نوسان موج ضربه. امروزه، سطح توسعه فناوری کوانتومی با آنچه که ارتباطات سیار سی سال پیش به نظر می‌رسید قابل مقایسه است، پنج تا ده سال دیگر می‌گذرد و کوانتوم فوتون‌ها قادر خواهند بود اینترنت اطلاعاتی امنی به ما ارائه دهند.

اینترنت کوانتومی در کازان

یک شبکه اینترنتی کوانتومی در تاتارستان راه اندازی شد، سایت آزمایشی آن در کازان واقع شده است. این برنامهیک دستاورد مهم در توسعه ارتباطات کوانتومی در روسیه است. به گفته دانشمندان، او کاملاً از حملات هکرها مصون است.

امروزه، حفاظت از شبکه اینترنت ما مبتنی بر رمزگذاری الگوریتم های ریاضی است، اما حتی پیچیده ترین کدها را می توان کرک کرد. هرچه توانایی‌های محاسباتی هکرها قوی‌تر باشد، محاسبه الگوریتم رمزگذاری آسان‌تر و سریع‌تر است.

فناوری شرح داده شده در مقاله به یک ساختار امنیتی شبکه جدید تبدیل خواهد شد. اینترنت کوانتومی در کازان به چهار گره در فاصله 30 تا 40 کیلومتری از یکدیگر ترکیب خواهد شد. هزینه انتخاب بین دو نقطه حدود صد هزار دلار است. در بخش آزمایشی، شبکه سرعت اینترنت کوانتومی 117 کیلوبایت بر ثانیه را با مسافت دو و نیم کیلومتر نشان داد. این نتیجه یک مرتبه بزرگتر از آزمایشات اروپایی است. در شبکه، نرخ تلفات انتقال بیت های کوانتومی در کانال نوری بیست دسی بل بود. این معادل یک خط به طول صد کیلومتر است.

شایان ذکر است که این پروژه شامل خط عملیاتی شبکه مخابراتی زیرساخت Tattelecom است.

شبکه شهرها را به هم متصل می کند

در سال ۲۰۱۷ قرار است پروژه ای برای معرفی فناوری جدید آغاز شود. اینترنت کوانتومی در تاتارستان امکان اتصال دفاتر در شهرهای مختلف را فراهم می کند. این یکی از وظایف اصلی مرکز کوانتومی کازان KNITU-KAI و رهبر آن است. با تماشای موفقیت های آنها، بدون شک باور می شود که چنین خواهد شد.