Още през февруари 2020 г. учени от Националната лаборатория на Аргон към Министерството на енергетиката на САЩ и Университета в Чикаго откриха, че са постигнали квантово заплитане – при което поведението на двойка от две малки частици се свързва, така че техните състояния са идентични – това се случи в 83,7 км мрежа с квантови цикли в предградията на Чикаго.
Може да се чудите каква е цялата тази суматоха, ако не сте учен, запознат с квантовата механика – тоест с поведението на материята и енергията в най-малкия мащаб на реалността, което е особено различно от света, който можем да видим около нас.
Изследването на изследователите може да бъде важна стъпка в разработването на нова, много по-мощна версия на Интернет през следващите няколко десетилетия. Вместо битовете, които съвременната мрежа използва, които могат да бъдат изразени само като 0 или 1, бъдещият квантов интернет ще използва кубити квантова информация, които могат да приемат безкраен брой стойности. (Кубитът е единица информация за квантов компютър.)
Това би дало на квантовия интернет по-голяма честотна лента, което му позволява да свързва свръхмощни квантови компютри и други устройства и да изпълнява приложения, които просто не са възможни с интернет, който имаме.
„Quantum Internet ще се превърне в платформата на квантовата екосистема, където компютрите, мрежите и сензорите обменят информация по принципно нов начин, при който сензорите, комуникациите и изчисленията буквално работят заедно като едно цяло“, обяснява Дейвид Аушалом, професор по спинтроника и квантова информация в училището. Молекулярно инженерство от Прицкер от Чикагския университет и старши сътрудник в Аргон, който ръководи проекта за квантовата верига.
Какво представлява Quantum Internet?
И така, защо се нуждаем от него и какво прави той? Като начало, квантовият интернет не е заместител на обикновения интернет, който имаме днес. По-скоро е допълнение към него. Той би могъл да се погрижи за някои от проблемите, които пречат на настоящия интернет. Например квантовият интернет ще осигури по-голяма защита срещу хакери и киберпрестъпници. В момента, ако Алис в Ню Йорк изпрати съобщение до Боб в Калифорния по интернет, това съобщение пътува горе-долу по права линия от брега до брега. По пътя сигналите, които носят съобщението, се влошават; ретранслаторите четат сигнали, усилват и коригират грешки. Но този процес позволява на хакерите да „пробият“ и да прихванат съобщението.
Квантовите съобщения нямат този проблем. Квантовите мрежи използват леки фотонни частици, за да изпращат съобщения, които са имунизирани срещу кибератаки. Вместо да криптираме съобщение, използвайки математическа сложност, ние ще разчитаме на специалните правила на квантовата физика, според Рей Нюел, изследовател от Националната лаборатория в Лос Аламос. С квантовата информация „не можете да я копирате или разделите и дори не можете да я погледнете, без да я промените“. Всъщност простото опитване да прихване съобщението го унищожава, както отбелязва Wired log. Това би направило всичко много по-сигурно от това, което се предлага днес.
“Най-лесният начин да разберем концепцията за квантовия интернет е концепцията за квантовата телепортация”, казва Сумит Хатри, изследовател от държавния университет в Луизиана в Батън Руж. Той и колегите му написаха статия за възможността за космически базиран квантов интернет, в който сателитите непрекъснато ще излъчват заплетени фотони към повърхността на Земята, както е описано в статията за Технологичен преглед.
“Квантовата телепортация не е като онова, което умът на не-учен може да измисли по отношение на това, което вижда в научно-фантастичните филми,” казва Хатри. „При квантовата телепортация двама души, които искат да общуват, споделят двойка квантови частици, които са заплетени. След това, чрез поредица от операции, подателят може да изпрати всякаква квантова информация до получателя (въпреки че това не може да се направи по-бързо от скоростта на светлината). Тази колекция от споделени заплитания между двойки хора по света по същество представлява квантовия интернет. Основният изследователски въпрос е как най-добре да се разпределят тези заплетени двойки сред хората, разпределени по целия свят. '
След като това може да се направи в голям мащаб, квантовият интернет ще стане толкова удивително бърз, че отдалечените часовници ще бъдат синхронизирани около хиляда пъти по-точно от най-добрите атомни часовници, налични днес, според списание Cosmos. Това би направило GPS навигацията много по-точна от днешната и би показало гравитационното поле на Земята с толкова подробности, че учените могат да забележат пулсирането на гравитационните вълни. Той също така може да позволи на фотоните да се телепортират от далечни телескопи с видима светлина по земята и да ги свържат в гигантска виртуална обсерватория.
„Потенциално бихте могли да видите планети около други звезди“, казва Никълъс Питърс, ръководител на екипа за квантова информационна наука в Националната лаборатория Оук Ридж.
Проблеми за изграждането на квантов интернет.
Но преди каквото и да е от това може да се случи, изследователите трябва да разберат как да се изгради квантов интернет и като се има предвид странната природа на квантовата механика, това няма да е лесно. „В класическия свят можете да кодирате информация и да я съхранявате и тя не се унищожава“, казва Питърс. “В квантовия свят кодирате информация и тя започва да се разпада почти веднага.”
Друг проблем е, че тъй като количеството енергия, което съответства на квантовата информация, е наистина малко, е трудно да я предпазим от взаимодействие с външния свят. Днес „в много случаи квантовите системи работят само при много ниски температури“, казва Нюъл. “Друга алтернатива е да се работи във вакуум.”
Нюъл казва, че за да създадем квантова интернет функция, ни трябват видове хардуер, който все още не е разработен. Поради това е трудно да се каже точно кога ще бъде пуснат квантовият интернет, въпреки че някои учени предполагат, че това може да се случи още през 2030 година.
