Что скрывает квантовый интернет: правда о самой защищенной связи

Будущее цифровой связи обещает беспрецедентный уровень защиты данных благодаря развитию квантового интернета. Недавние исследования позволили ученым значительно продвинуться в поддержании квантовой запутанности, что может привести к созданию первого квантового ретранслятора — ключевого элемента сети нового поколения.

Фото: Pexels by Field Engineer, https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/

Кабели интернета

Почему квантовая запутанность так важна

Квантовая запутанность — это явление, при котором две частицы остаются взаимосвязанными независимо от расстояния между ними. Изменение состояния одной частицы мгновенно влияет на другую. Именно это свойство делает квантовый интернет таким перспективным, поскольку оно исключает возможность незаметного перехвата данных.

Главная проблема: как передавать квантовые данные на большие расстояния

Обычные сети усиливают сигналы, чтобы компенсировать потери, возникающие при передаче. Однако в квантовой связи такой метод неприменим: любое вмешательство разрушает запутанность частиц. Решение — квантовые ретрансляторы, которые сохраняют и передают квантовую информацию, не разрушая её.

До недавнего времени разработка таких устройств была чисто теоретической, но последние исследования, предложили первую реалистичную архитектуру квантового ретранслятора.

Как работают квантовые ретрансляторы

Они выполняют три основные функции:

• Принимают квантовые сигналы (обычно в форме фотонов);
• Временно хранят их в квантовой памяти, предотвращая потерю информации;
• Передают сигналы дальше по сети, поддерживая их запутанность.

Ключевой прорыв был достигнут в области хранения квантовых состояний. Хотя текущее время хранения данных пока не превышает одной секунды, этот успех приближает нас к полноценному квантовому интернету.

Два подхода к созданию квантовой памяти

• Алмазы и квантовые узлы. Гарвардские ученые создали экспериментальную квантовую сеть, соединяющую два узла на расстоянии 35 километров. В каждом узле использовался алмаз с микроскопическими полостями для хранения квантового состояния. Запутанность между этими узлами удерживалась в течение одной секунды, чего достаточно для передачи информации.
• Атомы рубидия и сверхохлажденные облака. Другой подход был предложен исследователями из Университета науки и техники Китая. В их системе три узла, расположенные на десятки километров друг от друга, использовали облака сверхохлажденных атомов рубидия. Эти атомы не только сохраняли квантовые состояния, но и генерировали запутанные фотоны. Хотя время хранения запутанности в этом случае составляло всего 100 микросекунд, эксперимент продемонстрировал важные возможности синхронизации квантовых данных.

Что дальше

Обе технологии пока находятся на стадии экспериментов, но их развитие обещает создать устойчивую квантовую сеть. В перспективе это приведет к созданию защищенного интернета, где перехват данных станет невозможным.

Следующий шаг — разработка устройств, способных хранить квантовые состояния дольше, а также тестирование квантовых ретрансляторов в реальных условиях.

Уточнения

Интерне́т (англ. Internet, от англ. Internet protocol - досл.: "межсетевой протокол", по первому протоколу передачи данных, который объединил отдельные компьютерные сети во всемирную сеть, "сеть сетей") — коммуникационная сеть и всемирная система объединённых компьютерных сетей для хранения и передачи информации.