Самый быстрый и безопасный: как устроен квантовый Интернет и когда он начнет работать

Мы все прекрасно знаем, как работает Интернет: пакеты данных передаются через взаимосвязанные устройства с использованием аппаратных и программных маршрутизаторов, следующих определенным протоколам. Эти данные отправляются в электронном виде буквально по проводам, оптическим волокнам или посредством беспроводной связи. Все работает быстро, связанно и без проблем. Однако ученые из разных стран работают над созданием более продвинутого способа передачи данных — при помощи квантовой сети.

Что из себя представляет квантовая сеть

Колумнист издания enterprisenetworkingplanet.com Майкл Сумастр так описывает значение термина "квантовая сеть": "Это интернет-сеть, использующая фотоны для передачи данных, что позволяет квантовым вычислительным устройствам обмениваться информацией в определенной среде, работающей по принципам квантовой механики". Звучит сложновато? Это не удивительно, ведь без базовых знаний о квантовой механике, довольно трудно понять, что такое квантовая сеть и как устроен квантовый Интернет. Поэтому разберемся сначала с физикой.

Итак, квантовая механика описывает физические свойства природы в атомном и субатомном масштабе. В том числе, она объясняет природу фотонов — мельчайших элементарных частиц, которые принято называть квантами электромагнитных полей, включая световые и радиоволны.

Принципы работы квантовых сетей

Квантовая сеть способна будет обеспечить безопасную передачу данных и обмен квантовыми сообщениями между отдельными квантовыми устройствами. При этом задействованы будут оптоволоконные кабели. Информация на устройствах будет храниться и обрабатываться кубитами (квантовыми битами, которые, в отличие от обычных битов могут принимать не только значения "0" и "1", но и находиться в суперпозиции, например, между нолем и единицей). Кубиты, являющиеся поляризованными фотонами, смогут очень легко перемещаться по оптоволоконным кабелям и служить кодерами информации.

"Если кто-либо попытается перехватить пересылаемую информацию, тонкое квантовое состояние кубитов будет разрушено вместе с данными, которые они хранят. Но прежде чем такое вторжение произойдет, конечные устройства получат предупреждение", — пишет колумнист.

Способность "заранее" обнаруживать любое вторжение сделает квантовые сети едва ли не самым надежным каналом передачи данных, который просто не будет смысла взламывать. Более того, квантовые сети обладают тремя замечательными свойствами: невозможностью клонирования, запутанностью и суперпозицией (чем не могут похвастать обычные интернет-сети). Квантовое состояние фотонов нельзя точно определить (измерить) без риска разрушить его, что исключает любую попытку сделать это. В результате, квантовое состояние остается неизвестным, а это значит, что нет никакой возможности скопировать его. Следовательно, хорошо спроектированная квантовая сеть по своей сути защищена от клонирования.

Основная цель квантовой сети — позволить кубитам на одном устройстве связываться с кубитами на другом устройстве. И в этом случае запутанность служит на благо шифрованию передаваемых данных. Запутанные пары фотонов на разных устройствах коррелируют друг с другом, поэтому многократное считывание квантовых состояний кубитов позволяет создавать секретные коды. Кроме того, корреляция запутанных фотонов применима независимо от того, насколько далеко они друг от друга находятся. "Ученые могут разработать устройства, которые расширят диапазон квантовой сети именно благодаря запутанности", — уверен автор.

В чем преимущества квантового Интернета

"Итак, мы выяснили, что квантовые сети безопасны и невосприимчивы к любому виду кибератак. Зашифрованные сообщения перехватить будет невозможно. Однако, помимо гарантии безопасности, квантовый Интернет может передавать большие объемы информации на большие расстояния с гораздо большей скоростью, чем классические сети", — рассуждает Майкл. По его мнению, квантовые сети способны совершить настоящую революцию в таких сферах, как софтвер и беспроводные сети.

Сумастр полагает, что финансовый сектор получит большую выгоду, особенно в области обеспечения безопасности транзакций онлайн-банкинга — потребители будут чувствовать себя в большей безопасности и увереннее, обмениваясь личными данными и выполняя финансовые операции в квантовом Интернете.

Госсектор и сектор здравоохранения тоже будут в плюсе. Более быстрый и безопасный Интернет поможет этим секторам ускорить все рабочие процессы и оперативно предоставлять услуги. Квантовые вычисления также позволят гос- и здравоохранительным учреждениям решать социальные проблемы, проводить крупномасштабные эксперименты и исследования.

Невозможность хакерских атак поможет разным компаниям и государствам сэкономить уйму денег, ведь злоумышленники не смогут красть данные и шантажировать своих жертв, требуя огромные суммы в качестве выкупа.

Квантовые сети все еще находятся на экспериментальной стадии, и технологические компании только начинают их строить. ИТ-специалисты, исследователи, ученые и другие эксперты в этой области пока только разрабатывают устройства, необходимые для работы целой инфраструктуры, включающей квантовые маршрутизаторы, шлюзы, концентраторы, компьютеры и пр. Но планы айтишников весьма реальны. Например, недавно Министерство энергетики США опубликовало стратегию реализации квантового Интернета, о чем подробно писал Фокус. А в прошлом году о подобном проекте заявляли ряд компаний из Нидерландов.

Международная группа ученых уже успела создать и протестировать квантовую сеть, благодаря которой 8 пользователей (а позже и 32 юзера) смогли обмениваться сообщениями и файлами, находясь на расстоянии в 17 км друг от друга. На проект потратили $400 тыс. Это достаточно много, но предыдущие эксперименты обходились в миллионы долларов, так что технология не только усовершенствуется, но и удешевляется.

Будущее квантового Интернета

"Как только квантовый Интернет станет популярным, появится совершенно новая индустрия. Конечно, классический Интернет никуда не денется — обе сети будут существовать бок о бок. Хотя мы можем ожидать, что крупные организации будут использовать квантовые сети для защиты большого объема ценных данных, которыми они владеют, а простые пользователи, скорее всего, продолжат использовать обычный Интернет. Это неудивительно, учитывая, что квантовый Интернет — это новая технология и, скорее всего, вначале будет стоить дорого", — размышляет автор.

Помимо медленного внедрения, больших затрат и пересмотр существующих классических систем, людям нужно время, чтобы адаптироваться к новым технологиям. Тем более, что новое принимают довольно трудно, с неохотой. Однако со временем квантовый Интернет станет доступным для всех людей. И чем дольше он будет использоваться, тем более распространенным станет. А пока проблема состоит в отсутствии инфраструктуры — именно по этой причине квантовый Интернет в ближайшие 10 лет, скорее всего, запущен не будет. По крайней мере, так полагают некоторые ученые, отмечая, что на подключение пользователей к сети уйдет еще лет 5-10.

Рекомендуем ознакомиться с нашим материалом о том, как ученые подсоединили квантовый компьютер к отповолоконным сетям, и что из этого получилось.