Объяснение квантового Интернета

Создание квантового Интернета - ключевая цель многих стран мира, такой прорыв даст им конкурентное преимущество в многообещающей прорывной технологии и откроет новый мир инноваций и неограниченных возможностей.

Недавно Министерство энергетики США опубликовало первый в своем роде план, в котором излагается пошаговая стратегия, чтобы воплотить в жизнь мечту о квантовом Интернете. Основная цель - сделать его невосприимчивым к взлому. Это «изменит весь наш образ жизни», - заявляет Министерство энергетики. Ожидается, что на проект будет выделено около 625 миллионов долларов из федерального бюджета.

Квантовый Интернет сможет передавать большие объемы данных на огромные расстояния со скоростью, превышающей скорость света. Вы можете представить себе все приложения, которые могут выиграть от такой скорости.

Традиционные компьютерные данные кодируются либо нулями, либо единицами. Квантовая информация накладывается как нулями, так и единицами одновременно. Ученым, исследователям и ИТ-специалистам потребуется создать устройства для инфраструктуры квантового Интернета, включая квантовые маршрутизаторы, повторители, шлюзы, концентраторы и другие квантовые инструменты. Будет рождена целая новая индустрия, основанная на идее, что квантовый Интернет существует параллельно с существующей экосистемой компаний, которые у нас есть в обычном Интернете.

«Традиционный Интернет», как иногда называют обычный Интернет, все еще будет существовать. Ожидается, что крупные организации будут полагаться на квантовый Интернет для защиты данных, но отдельные потребители будут продолжать использовать классический Интернет.

Эксперты прогнозируют, что финансовый сектор выиграет от квантового Интернета, когда дело доходит до защиты онлайн-транзакций. Ожидается, что секторы здравоохранения и государственный сектор также получат выгоду. Помимо обеспечения более быстрого и безопасного доступа в Интернет, квантовые вычисления позволят организациям лучше решать сложные проблемы, такие как управление цепочкой поставок. Кроме того, это ускорит обмен огромными объемами данных и проведение крупномасштабных экспериментов по зондированию в астрономии, открытии материалов и науках о жизни.

Но сначала давайте объясним некоторые из основных терминов квантового мира: квантовые вычисления - это область исследования, сфокусированная на разработке компьютерных технологий, основанных на принципах квантовой теории. Квантовый компьютер, следуя законам квантовой физики, получит огромную вычислительную мощность благодаря способности находиться в нескольких состояниях и выполнять задачи, используя все возможные перестановки одновременно.

СРАВНЕНИЕ КЛАССИЧЕСКИХ И КВАНТОВЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ

Классические вычисления на своем высшем уровне опираются на принципы, выраженные в разделе математики, называемом булевой алгеброй. Данные должны обрабатываться в эксклюзивном двоичном состоянии в любой момент времени или в битах. Хотя время, в течение которого каждый транзистор или конденсатор должен находиться в состоянии 0 или 1 перед переключением, теперь измеряется в миллиардных долях секунды, все еще существует ограничение на то, как быстро эти устройства могут быть переведены в состояние переключения. По мере того, как мы переходим к меньшим и более быстрым схемам, мы начинаем достигать физических пределов материалов и порога для применения классических законов физики. Помимо этого, преобладает квантовый мир.

В квантовом компьютере можно использовать ряд элементарных частиц, таких как электроны или фотоны, с их зарядом или поляризацией, действующими как представление 0 и / или 1. Каждая из этих частиц известна как квантовый бит или кубит, природа и поведение этих частиц составляют основу

КВАНТОВАЯ СУПЕРПОЗИЦИЯ И ЗАПЛОТНОСТЬ

Двумя наиболее важными аспектами квантовой физики являются принципы суперпозиции и запутанности .

Суперпозиция: подумайте о кубите как об электроне в магнитном поле. Спин электрона может быть либо выровнен с полем, что известно как состояние со спином вверх, либо противоположно полю, которое известно как состояние со спином вниз. Согласно квантовому закону, частица входит в суперпозицию состояний, в которой она ведет себя так, как если бы она находилась в обоих состояниях одновременно. Каждый используемый кубит может принимать суперпозицию как 0, так и 1.

Запутывание: частицы, которые взаимодействовали в какой-то момент, сохраняют тип связи и могут быть запутаны друг с другом попарно в процессе, известном как корреляция. Знание состояния спина одной запутанной частицы - вверх или вниз - позволяет узнать, что спин ее партнера имеет противоположное направление. Квантовая запутанность позволяет кубитам, разделенным невероятным расстоянием, мгновенно взаимодействовать друг с другом (не ограничиваясь скоростью света). Независимо от того, насколько велико расстояние между коррелированными частицами, они будут оставаться запутанными до тех пор, пока изолированы.

Взятые вместе, квантовая суперпозиция и запутанность создают чрезвычайно большую вычислительную мощность. Если 2-битный регистр на обычном компьютере может хранить только одну из четырех двоичных конфигураций (00, 01, 10 или 11) в любой момент времени, то 2-кубитный регистр в квантовом компьютере может хранить все четыре числа одновременно, потому что каждый кубит представляет два значения. Если добавлено больше кубитов, увеличенная емкость увеличивается в геометрической прогрессии.

ЧТО ТАКОЕ КВАНТОВЫЙ ИНТЕРНЕТ

Квантовый Интернет - это сеть, которая позволит квантовым устройствам обмениваться некоторой информацией в среде, которая использует странные законы квантовой механики. Теоретически это предоставило бы квантовому Интернету беспрецедентные возможности, которые невозможно реализовать с помощью современных веб-приложений.

В квантовом мире данные могут быть закодированы в виде кубитов, которые могут быть созданы в квантовых устройствах, таких как квантовый компьютер или квантовый процессор. Проще говоря, квантовый Интернет будет включать отправку кубитов по сети из нескольких квантовых устройств, которые физически разделены. Что особенно важно, все это произошло бы благодаря диким свойствам, уникальным для квантовых состояний.

Это может звучать похоже на стандартный Интернет. Но отправка кубитов по квантовому каналу, а не по классическому каналу, по сути означает использование поведения частиц в их наименьшем масштабе - так называемые «квантовые состояния».

Неудивительно, что кубиты нельзя использовать для отправки знакомых нам данных, таких как электронные письма и сообщения WhatsApp. Но странное поведение кубитов открывает огромные возможности для других, более нишевых приложений.

КВАНТОВЫЕ КОММУНИКАЦИИ

Одно из самых захватывающих направлений, которое исследуют исследователи, вооруженные кубитами, - это безопасность связи.

Квантовая безопасность приводит нас к концепции квантовой криптографии, которая использует физику для разработки криптосистемы, полностью защищенной от взлома без ведома отправителя или получателя сообщений.