الإنترنت الكمي - ما هو وكيف يعمل؟ مزايا. شبكة الكم

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 10:18

أظهرت الدراسات الحديثة التي أجراها علماء أوروبيون وروس أن حركة المعلومات الكمومية والكلاسيكية يمكن أن تتعايش بنجاح داخل حدود نفس خطوط نقل بيانات الألياف البصرية. هذا يجعل من الممكن في المستقبل الانتقال التدريجي من الإنترنت المعتاد ، إلى شبكة قائمة على مفارقات الجسيمات الأولية ، شبكة الإنترنت الكمومية.

تسريع البحث

ثورة تختمر في صناعة الكمبيوتر. قال علماء الفيزياء في جامعة بنسلفانيا إن رقائق السيليكون التقليدية ستصل إلى حدها الأقصى في غضون أربع سنوات. لن يكون من الممكن تقليلها أكثر من ذلك ، لذا فإن أجهزة الكمبيوتر العادية ليس لديها وقت طويل لتعيشها.

سيتم استبدالها بتقنيات جديدة بشكل أساسي ، وأجهزة الكمبيوتر الكمومية. بدلا من الرقائق سيكون هناك جزيئات أولية. بفضل هذا ، من الممكن تقليل الحجم بشكل كبير وزيادة الإنتاجية. حتى الآن ، هذه النماذج الأولية ليست أسرع من جهاز كمبيوتر ضعيف ، لكنها مجرد مسألة وقت. في المقابل ، باستخدام أقوى الإمكانات ، سيكون من الممكن حلها بسرعة أكبرالمشاكل والصعوبات في تنفيذ الإنترنت الكمي الجديد بشكل أساسي.

ألغاز الإنترنت الكمي

كيف يعمل الإنترنت الكمي؟ ما هو وما هو جوهره؟ الفرق هو أنه يقوم على قوانين ميكانيكا الكم. لقد اعتنقه العلماء باعتباره مجالًا ساخنًا وحادًا يمكن استخدامه لوصف الظواهر غير المفهومة تمامًا. واحد منهم هو التأثير الكهروضوئي.

مفارقات فيزياء الكم في خدمة البشرية

اليوم من الواضح: في مستقبلنا القريب ستدخل ظاهرة مثل الإنترنت الكمومي. ماذا يمكن أن يجلب لنا هذا أو كيف سيكون؟ ربما تكون هذه قفزة أخرى ، شبيهة بإدخال ترانزستورات أشباه الموصلات في الماضي.

يعتمد مبدأها على خاصية التراكب والتشابك الكمومي. ليس لها دوران محدد ، وعند قياس واحد ، يظهر الثاني عكس ذلك. لفهم أكثر اكتمالا ، هذا يعني أن كل جسيم أولي يحمل المعلومات مرتبط بشكل غير مرئي بزوجه "المتشابك". وعلاوة على ذلك ، فإن المسافة بينهما لا تلعب أي دور ، والمعلومات تنتقل على الفور.

باستخدام هذه القوانين الشاذة ، تفتح فرص كبيرة في سرعة وسرية نقل البيانات. من المستحيل اعتراض المعلومات المرسلة بهذه الطريقة دون أن يلاحظها أحد: أي قراءة تترك أثرًا أو تدمر المعلومات الأصلية.

السرعة أسرع مما كان يعتقد

أما بالنسبة لآخر البيانات حول قياس سرعة نقل البيانات ، فهي تدهش خيالنا. إنها تتجاوز سرعة الضوء بمقدار عشرةالاف المرات. ولكن ، على الأرجح ، سيجد العلماء في المستقبل أن سرعة نقل الإشارة أعلى بكثير مما تم تحديده سابقًا ، مثل الإنترنت الكمومي. ماذا يعني ذلك؟ ماذا يمكن أن يعطينا هذا؟ ربما انتقال الإشارات إلى مسافات لم يكن من الممكن تصورها في الفضاء واكتشافات جديدة.

تقنيات جديدة في الفوتونات

في تقنية تحويل الفوتونات إلى ناقل معلومات ، اكتشف العلماء الروس استخدام بلورات مزروعة صناعياً ، أي الماس.

اتضح أنه عندما يمر الضوء عبر البلورات ، فإنه يكتسب خاصية السائل ويبدأ في تكوين قطرات ، دوامات ، موجات. يمكن توجيهه من خلال أي قنوات. بشكل عام ، يتصرف مثل السائل. بما في ذلك يمكن أن ينتشر بسرعة بطيئة للغاية أو حتى يتوقف.

هذا ممتع للغاية من ناحية ومهم للغاية ، لأنه يسمح لك بالتلاعب بالضوء والقيام بأي شيء ، بما في ذلك الحصول على ظاهرة مثل شبكة الإنترنت الكمومية. هذا يسمح باستخدامه كعامل نقل المعلومات. الآن الناقل الرئيسي لها هو شحنة كهربائية. لكنه كائن غير كامل. لذلك ، فإن أي حركة أو تسارع لشحنة كهربائية يؤدي إلى فقدان الطاقة التي تدخل البيئة وتسخين المعالج وعناصر الدائرة الدقيقة.

الإنترنت نفسها تكلف البشرية أكثر من 5٪ من الطاقة التي تنتجها. لذلك ، فإن استبدال الإلكترون بالفوتونات سيؤدي بشكل مثالي إلى تقليل فقدان كمية هائلة من الطاقة. تبعا لذلك ، تكلفة الإنترنت نفسها

الإنترنت الكمي في روسيا

الأعمال في روسيا على الإنترنت الكمي فريدة من نوعها. على الرغم من قلة التمويل وجميع أنواع العقبات ، فقد أجرى العلماء تجارب كافية وحققوا مكانة رائدة في هذا المجال.

نتيجة لذلك ، تمكنا من إنشاء مؤسسة فريدة رفيعة المستوى. فهو يجمع بين المجموعات التجريبية والنظرية وكذلك البحث التطبيقي. يتم تمويل هذا المعهد جزئيًا من قبل Gazprombank وجزئيًا من قبل الدولة بأشكال مختلفة. على أي حال ، هذا هو المثال الذي يجب أن يتبعه العلم الروسي دون توقف عند أي شيء.

احتلال مناطق جديدة

في المرحلة الحالية من تطور الإنترنت الكمي ، لا يمكن تسمية سوى تقنيات حماية البيانات التي تستخدم التشفير الكمي. مثل هذه الشبكات اليوم هي اتصالات بسيطة إلى حد ما من نقطة إلى نقطة. يهدف العلماء إلى إنشاء حلول تعاونية تجمع بين مختلف القنوات وطرق التشفير.

إذا اتبعت تنفيذ الفكرة ، فستكون نتائج الباحثين الروس أكثر أهمية. أحد الأمثلة على ذلك هو كاشف باعث الفوتون المفرد الذي يتم تطويره في معهد كورتشاتوف.

لوجود مثل هذا الاكتشاف مثل الإنترنت الكمومي ، يحتاج العلماء إلى حل صعوبات الجمع بين المعدات الخاصة لنقل البيانات الكمية وشبكات الاتصالات السلكية واللاسلكية الموجودة اليوم.

تكمن القضايا الرئيسية في حل التبديل وتضخيم الإشارة. إذا أرسلت معلومات كمومية عبر ألياف بصرية قياسية ، فلن تمر عبر المجدد. لذلك ، فإن أحد الحلول هو تحويل الإشارة إلى إشارة كهربائية ثم العودة إلى موضعها الأصلي.

اليوم الحد هو ثلاثمائة كيلومتر. هذه هي المسافة التي يلزم عندها تجديد الإشارة الضوئية. نحتاج أيضًا إلى نموذج أولي لمفتاح الكم. لا يمكن حل العدد الإجمالي للمهام الإشكالية إلا في غضون عشر سنوات. ومع ذلك ، في الأوساط العلمية يجادلون حول إمكانية "السرج" الإنترنت الكم. ما الذي يمكن أن يجلبه وكيف يمكنه المساعدة؟ اليوم لا توجد إجابة لا لبس فيها ، ولكن الحل لمسألة إدخال وإحضار مثل هذه التقنيات للمواطن العادي سيحسن بالتأكيد نوعية حياته وسلامته.

حقبة جديدة قادمة

وضعت الصين مشروعًا طموحًا اليوم لنقل شبكة كمومية بطول 1200 كيلومتر باستخدام الأقمار الصناعية.

تم الوصول إلى أقصى مسافة مائة كيلومتر في الوقت الحالي. طور العلماء كيفية حماية الإشارة من تأثيرات الظروف الجوية. ومع ذلك ، فإن هذا الإحساس ليس مرتبطًا على الأرجح بالنقل الآني ، الذي يتزايد كل عام ، ولكن بالتشفير الكمومي ، بمعنى آخر ، نظام جديد لتشفير البيانات.

لا يمكن اختراق الكود الكمي ، وبشكل أكثر دقة ، عندما يتم اختراقه ، تختفي المعلومات. في عصر الحرب السيبرانية ، هذا يعني مناعة. يستخدم التشفير الكمي منذ فترة طويلة من قبل أولئك الذين يسعون للحصول على ضماناتالأمان. كيف ، على سبيل المثال ، قبل بضع سنوات ، بدأت البنوك السويسرية في تبادل البيانات حول عملائها من خلال شبكة كمية. اليوم هم محدودون لمسافة عدة عشرات من الكيلومترات. يستعد مركز الكم الروسي لإدخال نفس النظام ، وكذلك لإتقان نقل الإشارات الكمية عبر قمر فضائي.

مقدمة وتنفيذ

وفي الوقت نفسه ، تم إطلاق أول شبكة إنترنت كمومية في سانت بطرسبرغ بين مبنيين جامعيين في روسيا.

تنتقل المعلومات باستخدام قوانين فيزياء الكم. تستثمر أذكى الشركات والحكومات الآن في هذا المجال. يتم تنفيذ تقنية نقل المعلومات المستقبلية على أساس التكنولوجيا الحالية. كابل الألياف الضوئية ، كمبيوتر مألوف ، ولكن موجه جديد ومولد الفوتون.

وجود الإنترنت الجديد يبدأ بالليزر حيث يوجد مصدر الفوتونات المفردة. لديهم خاصية جيدة لنقل المعلومات بطريقة آمنة. لا يمكن تقسيم فوتون واحد. يتكون المفتاح بطريقة تجعل القراءة غير ممكنة. لتحويل الفوتون إلى ناقل معلومات ، يغير النظام حالته ، مرحلة تذبذب موجة النبض. اليوم ، يمكن مقارنة مستوى تطور التكنولوجيا الكمومية بما كانت تبدو عليه الاتصالات المحمولة قبل ثلاثين عامًا ، وسوف تمر من خمس إلى عشر سنوات أخرى وسيكون الفوتون كوانتا قادرًا على تزويدنا بإنترنت معلومات آمن.

الإنترنت الكمي في قازان

تم إطلاق شبكة الإنترنت الكمومية في تتارستان ، ويقع موقعها التجريبي في قازان. هذا البرنامجيعد إنجازًا مهمًا في تطوير الاتصالات الكمومية في روسيا. وفقًا للعلماء ، فهي محصنة تمامًا من هجمات القراصنة.

اليوم ، تعتمد حماية شبكة الإنترنت الخاصة بنا على تشفير الخوارزميات الرياضية ، ولكن حتى أكثر الرموز تعقيدًا يمكن اختراقها. كلما زادت قوة قدرات الحوسبة للمتسللين ، كان حساب خوارزمية التشفير أسهل وأسرع.

ستصبح التكنولوجيا الموصوفة في المقالة بنية أمان شبكة جديدة. سيتم دمج الإنترنت الكمي في قازان في أربع عقد على مسافة 30-40 كيلومترًا من بعضها البعض. تبلغ تكلفة الانتقاء بين نقطتين حوالي مائة ألف دولار. في القسم التجريبي ، أظهرت الشبكة سرعة إنترنت كمومية تبلغ 117 كيلو بايت / ثانية بمسافة كيلومترين ونصف. هذه النتيجة هي ترتيب من حيث الحجم أعلى مما كانت عليه في التجارب الأوروبية. في الشبكة ، كان معدل فقدان الإرسال للبتات الكمومية في القناة الضوئية عشرين ديسيبل. هذا يعادل مائة كيلومتر من الخط

من الجدير بالذكر أن هذا المشروع يتضمن خط التشغيل لشبكة الاتصالات السلكية واللاسلكية للبنية التحتية Tattelecom.

ستربط الشبكة المدن

في عام 2017 ، من المخطط بدء مشروع لإدخال تكنولوجيا جديدة. سيسمح الإنترنت الكمي في تتارستان بربط المكاتب في مدن مختلفة. هذه إحدى المهام الرئيسية التي حددها مركز Kazan Quantum Center KNITU-KAI وقائده. بمشاهدة نجاحاتهم ، يعتقد المرء دون أدنى شك أن هذا سيكون هو الحال.