Квантовият интернет изглежда осъществим в рамките на градовете, а след това ще обхване и междуградските разстояния (снимка: CC0 Public Domain)
от Джонатан O’Калахан
През май 2023 г. д-р Бенджамин Лeйниън от Университета в Инсбрук, Австрия, прави важна стъпка към създаване на нов вид интернет — той прехвърля информация по оптично влакно с дължина 50 километра, ползвайки принципите на квантовата физика.
Информацията в квантовата физика е различна от единиците от данни — двоичните цифри — съхранявани и обработвани от компютрите, които образуват ядрото на настоящата световна мрежа. Царството на квантовата физика обхваща свойствата и взаимодействията на молекулите, атомите и дори по-малките частици, като електрони и протони.
Мощта на частиците
Квантовите битове, или „кюбитите“, обещават по-сигурно предаване на информацията, тъй като частиците се променят от самия акт на наблюдението и измерването им. Това означава, че няма „подслушвач“, който да остане неразкрит.
Лейниън казва, че въз основа на свършената работа квантовият интернет изглежда осъществим в рамките на градовете, а след това целта ще бъдат по-дългите междуградски разстояния.
„Можете да си представите това в мащабите на голям град“, казва той.
Неговият пробив е част от изследователски проект на ЕС за постигане на целта за изграждане на квантов интернет.
Наречен Алианс за квантов интернет, или QIA (Quantum Internet Alliance), проектът събира заедно изследователски институти и компании от цяла Европа. Тази инициатива получава 24 милиона евро като финансиране от ЕС за период от три и половина години, до края на март 2026 г.
„Целта не е да бъде заместен класическият интернет, а да функционира едновременно с него“, казва Стефани Венер, германка по произход, която координира QIA и е професор по квантова информатика в Техническия университет в Делфт, Нидерландия. „Нямаме намерение да заменим Netflix.“
Основно понятие в квантовата физика е преплитането. Ако две частици са преплетени, независимо колко са отдалечени в пространството, те ще притежават подобни свойства — например и двете може да имат едно и също измерване на нещо, наречено „спин“, квантова версия на посоката, в която се въртят частиците.
Спиновото състояние на частиците не е ясно, докато не бъдат определени. До този момент те се намират в няколко състояния, наречени суперпозиция.
Когато обаче едната от тях бъде определена, състоянието и на двете частици става известно.
Множество възможности
Това се използва за сигурността на комуникациите. Хората, които хакват квантово предаване на данни, ще оставят очевидна следа от опита си, тъй като предизвикват промяна в състоянието на съответната определена частица.
„Можем да използваме свойствата на квантовото преплитане, за да получим средство за сигурна комуникация, което е доказуемо сигурно дори ако атакуващият разполага с квантов компютър“, казва Венер.
Сигурните комуникации, които можем да си позволим благодарение на квантовия интернет, отварят вратата за много по-широк кръг от приложения, излизащи извън границите на класическия интернет.
В медицината например физическите аспекти на преплитането дават възможност за такова ниво на почасово синхронизиране, което може да подобри телехирургията.
„Ако искам да извърша хирургическа операция на отдалечен възел, бих искал времето ѝ да е много точно разпределено, за да не допусна нито една грешка“, казва Венер.
Астрономията е друга област, която може да се възползва от тези постижения.
Телескопите, с които се правят наблюдения на далечни обекти, могат „да използват квантов интернет, за да генерират преплитане между сензорите и да получават по-добро изображение на небето“, казва Венер.
Друг пример са банкоматите. Понастоящем, ако банкоматът се повреди, когато някой тегли пари, машината може да приеме, че не са давани никакви пари, докато друг банкомат би регистрирал тегленето на пари. Квантовият интернет би могъл да премахне това разминаване.
Много приложения на квантовия интернет вероятно ще станат ясни едва след като технологията бъде създадена.
„Тя предлага цяла поредица от нови възможности за извършване на прецизни измервания на пространството и времето, както и при изучаване на функционирането на света и вселената“, казва Лейниън.
Дистанционен тест
Въпросът сега е да се мащабира квантовият интернет така, че да се използват голям брой частици на дълги разстояния.
Лейниън и екипът му са демонстрирали комуникация не само между отделни частици, но и между „поредици“ от частици — в този случай светлинни частици, наречени фотони — като по този начин се ускорява степента на преплитане между квантови възли.
„Ако изпращате само един фотон, трябва да изчакате времето за изминаване на пътя“, казва той. „Но ако можете да направите редици от множество фотони наведнъж, това дава възможност за увеличаване на скоростта на преплитане между квантовите възли за разстоянието, което ни е необходимо.“
Крайната цел е да се разгърнат квантови възли за много по-голям обхват, може би на 500 километра, и да се създаде прототип на квантов интернет, който може да свързва отдалечени градове — до голяма степен както класическият интернет разчита на различни възли за създаването на глобалния интернет.
Макар че квантовият интернет може да е осъществим за специализирани приложения към 2029 г., специалистите не са склонни да рискуват с предположение кога може да се появи пълната му версия за широк кръг от приложения. „Това е много труден въпрос“, казва Венер.
С напредъка в разработването на компонентите и системите на квантовия интернет от QIA, Европа работи и за разработването на квантови компютри.
През юни 2023 г. публично-частно партньорство на ЕС — Съвместното предприятие за европейски високопроизводителни изчислителни технологии — обяви, че в шест държави в Европа ще бъдат инсталирани квантови компютри. Това са Германия, Испания, Италия, Полша, Франция и Чешката република.
Целта е да се гарантира мястото на Европа в челните редици на революцията на квантовите технологии. Очаква се квантовите компютри да разполагат с безпрецедентна изчислителна мощ с множество приложения, включително способността да се разбиват криптографските алгоритми, които обезпечават сигурността на по-голямата част от обмена в настоящия интернет.
Претъпкано пространство
При наличието на предвиждания, че половината от най-използваните криптографски системи ще бъдат разбити към края на десетилетието, Европа едва ли е единствената заинтересована страна.
През последните години Китай и САЩ постигнаха напредък в квантовите изчисления и квантовия интернет.
По отношение на инфраструктурата Европа предприема други стъпки. Разработва се интегрирана космическа и наземна инфраструктура за сигурни комуникации — нещо като градивен блок за квантовия интернет.
„С гордост мога да кажа, че сме световни лидери в много области“, казва Венер.
Докато във всички заинтересовани държави остава да се свърши много работа, потенциалните ползи дават знак за по-нататъшен напредък и пробиви, преди да измине много време.
„Учените разработват нови приложения за квантови мрежи с доста висока скорост“, казва Лейниън.
(Тази статия бе обновена на 12 октомври 2023 г., за да се коригира дума в цитата от Стефани Венер в 13-и абзац. Думата е „доказуемо“ вместо „вероятно“.)
Изследванията в тази статия са финансирани от ЕС. Статията е публикувана за пръв път в Horizon, списанието за изследвания и иновации на ЕС.