Quanteninternet - was ist das, wie funktioniert es? Vorteile. Quantennetzwerk

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 10:23

Jüngste Studien, die von europäischen und russischen Wissenschaftlern durchgeführt wurden, haben gezeigt, dass die Bewegung von Quanten- und klassischer Information innerhalb der Grenzen derselben faseroptischen Datenübertragungsleitungen erfolgreich koexistieren kann. Dies ermöglicht zukünftig einen schrittweisen Übergang vom gewöhnlichen Internet zu einem auf den Paradoxien der Elementarteilchen basierenden Netzwerk, dem Quanten-Internet-Netzwerk.

Forschung beschleunigen

In der Computerindustrie braut sich eine Revolution zusammen. Physiker der University of Pennsylvania gehen davon aus, dass herkömmliche Siliziumchips in vier Jahren an ihre Grenzen stoßen werden. Eine weitere Reduzierung wird nicht möglich sein, so dass gewöhnliche Computer nicht mehr lange leben.

Sie werden durch grundlegend neue Technologien, Quantencomputer, ersetzt. Statt Chips gibt es Elementarteilchen. Dadurch ist es möglich, die Größe drastisch zu reduzieren und die Produktivität zu steigern. Bisher sind diese Prototypen nicht schneller als ein schwacher Computer, aber es ist nur eine Frage der Zeit. Durch die Nutzung des stärksten Potenzials wird es wiederum möglich sein, schneller zu lösenProbleme und Schwierigkeiten bei der Umsetzung eines grundlegend neuen Quanteninternets.

Geheimnisse des Quanteninternets

Wie funktioniert das Quanteninternet? Was ist es und was ist sein Wesen? Der Unterschied besteht darin, dass es auf den Gesetzen der Quantenmechanik basiert. Es wurde von Wissenschaftlern als ein heißes, nervöses Feld angenommen, das verwendet werden kann, um Phänomene zu beschreiben, die noch nicht vollständig verstanden sind. Einer davon ist der photoelektrische Effekt.

Die Paradoxien der Quantenphysik im Dienste der Menschheit

Heute ist klar: In unserer nahen Zukunft wird ein solches Phänomen wie das Quanteninternet Einzug h alten. Was kann uns das bringen oder wie wird es sein? Vielleicht wird dies ein weiterer Sprung, ähnlich der Einführung von Halbleitertransistoren in der Vergangenheit.

Sein Prinzip basiert auf der Eigenschaft der Superposition und der Quantenverschränkung. Es hat keinen bestimmten Spin, und wenn man einen misst, zeigt der zweite das Gegenteil. Für ein vollständigeres Verständnis bedeutet dies, dass jedes informationstragende Elementarteilchen unsichtbar mit seinem „verschränkten“Paar verbunden ist. Außerdem spielt die Entfernung zwischen ihnen keine Rolle, Informationen werden sofort übertragen.

Durch die Nutzung dieser anomalen Gesetze eröffnen sich große Möglichkeiten in der Geschwindigkeit und Vertraulichkeit der Datenübertragung. Es ist unmöglich, auf diese Weise gesendete Informationen unbemerkt abzufangen: Jedes Auslesen hinterlässt Spuren oder zerstört die ursprünglichen Informationen.

Geschwindigkeit ist schneller als gedacht

Was die neusten Daten zur Messung der Datenübertragungsgeschwindigkeit betrifft, so verblüffen sie unsere Vorstellungskraft. Sie übertrifft die Lichtgeschwindigkeit um zehntausendmal. Aber höchstwahrscheinlich werden Wissenschaftler in Zukunft feststellen, dass die Signalübertragungsgeschwindigkeit viel höher ist als bisher festgestellt, wie zum Beispiel das Quanteninternet. Was bedeutet das? Was kann uns das geben? Vielleicht die Übertragung von Signalen in bisher undenkbare Entfernungen im Weltraum und neue Entdeckungen.

Neue Technologien in Photonen

In der Technologie der Umwandlung von Photonen in einen Informationsträger haben russische Wissenschaftler die Verwendung von künstlich gezüchteten Kristallen, nämlich Diamanten, entdeckt.

Es stellt sich heraus, dass Licht, wenn es durch Kristalle geht, die Eigenschaft einer Flüssigkeit annimmt und anfängt, Tropfen, Wirbel und Wellen zu bilden. Es kann über beliebige Kanäle geleitet werden. Im Allgemeinen verhält es sich wie eine Flüssigkeit. Das Einschließen kann sich sehr langsam ausbreiten oder sogar stoppen.

Das ist einerseits sehr interessant und sehr wichtig, weil es Ihnen erlaubt, Licht zu manipulieren und alles zu tun, einschließlich eines Phänomens wie eines Quanten-Internet-Netzwerks. Dadurch kann es als Informationsübertragungsagent verwendet werden. Jetzt ist sein Hauptträger eine elektrische Ladung. Aber es ist ein unvollkommenes Objekt. Daher führt jede Bewegung oder Beschleunigung einer elektrischen Ladung zu Energieverlusten, die in die Umgebung gelangen und den Prozessor und die Mikrosch altkreiselemente erhitzen.

Das Internet selbst kostet die Menschheit mehr als 5% der Energie, die es produziert. Daher würde der Ersatz eines Elektrons durch Photonen im Idealfall zu einer Verringerung des Verlusts einer kolossalen Energiemenge führen. Dementsprechend sind die Kosten für das Internet selbstwird fallen.

Quanteninternet in Russland

Arbeiten in Russland im Quanteninternet sind einzigartig. Trotz der geringen Finanzierung und allerlei Hindernissen haben Wissenschaftler genug Experimente durchgeführt und eine führende Position auf diesem Gebiet erreicht.

Als Ergebnis ist es uns gelungen, eine einzigartige Institution auf hohem Niveau zu schaffen. Es verbindet experimentelle und theoretische Gruppen sowie angewandte Forschung. Dieses Institut wird teils von der Gazprombank, teils vom Staat in verschiedenen Formen finanziert. Jedenfalls ist dies das Beispiel, dem die russische Wissenschaft folgen sollte, ohne vor irgendetwas H alt zu machen.

Neuland erobern

Im derzeitigen Entwicklungsstadium des Quanteninternets können nur Datenschutztechnologien genannt werden, die Quantenkryptografie verwenden. Solche Netzwerke sind heute ziemlich einfache Punkt-zu-Punkt-Verbindungen. Wissenschaftler zielen darauf ab, kollaborative Lösungen zu schaffen, die verschiedene Kanäle und Verschlüsselungsmethoden kombinieren.

Wenn Sie die Umsetzung der Idee verfolgen, werden die Ergebnisse russischer Forscher aussagekräftiger sein. Ein Beispiel ist der Einzelphotonen-Emitter-Detektor, der am Kurchatov-Institut entwickelt wird.

Für die Existenz einer solchen Entdeckung wie des Quanteninternets müssen Wissenschaftler die Schwierigkeiten lösen, die bei der Kombination von Spezialgeräten für die Quantendatenübertragung und den heute bestehenden Telekommunikationsnetzen bestehen.

Die Hauptprobleme liegen in der Lösung von Sch altung und Signalverstärkung. Wenn Sie quantenbasierte Informationen über eine Standard-Glasfaser senden, passieren sie den Regenerator nicht. Daher besteht eine Lösung darin, das Signal in ein elektrisches umzuwandeln und dann in seine ursprüngliche Position zurückzukehren.

Heute liegt die Grenze bei dreihundert Kilometern. Dies ist der Abstand, bei dem es notwendig ist, das optische Signal zu regenerieren. Wir brauchen auch einen Quantensch alter-Prototypen. Die Gesamtheit der problematischen Aufgaben kann nur innerhalb von zehn Jahren gelöst werden. Dennoch streitet man sich in Wissenschaftskreisen über die Möglichkeit, das Quanteninternet „aufzusatteln“. Was kann es bringen und wie kann es helfen? Heute gibt es keine eindeutige Antwort, aber die Lösung des Problems der Einführung und Bereitstellung solcher Technologien für den Durchschnittsbürger wird definitiv seine Lebensqualität und Sicherheit verbessern.

Eine neue Ära kommt

China hat heute ein ehrgeiziges Projekt gestartet, um eine 1200 Kilometer lange Quantennetzwerkübertragung über Satellit zu ermöglichen.

Im Moment ist eine maximale Entfernung von hundert Kilometern erreicht. Wissenschaftler haben entwickelt, wie das Signal vor den Auswirkungen meteorologischer Bedingungen geschützt werden kann. Allerdings hängt diese Sensation eher nicht mit der jährlich zunehmenden Teleportation zusammen, sondern mit der Quantenkryptographie, also einem neuen Datenverschlüsselungssystem.

Ein Quantencode kann nicht gehackt werden, genauer gesagt, wenn er gehackt wird, verschwinden Informationen. Im Zeit alter der Cyberkriegsführung bedeutet dies Unverwundbarkeit. Die Quantenkryptographie wird seit langem von denjenigen verwendet, die nach Garantien suchenSicherheit. Wie zum Beispiel Schweizer Banken vor einigen Jahren begannen, Daten über ihre Kunden über ein Quantennetzwerk auszutauschen. Heute sind sie auf eine Entfernung von mehreren zehn Kilometern beschränkt. Das russische Quantenzentrum bereitet die Einführung des gleichen Systems vor und beherrscht die Übertragung eines Quantensignals über einen Weltraumsatelliten.

Einführung und Umsetzung

Unterdessen wurde das erste Quanten-Internet-Netzwerk in St. Petersburg zwischen zwei Universitätsgebäuden in Russland gestartet.

Informationen werden nach den Gesetzen der Quantenphysik übertragen. Die klügsten Unternehmen und Regierungen investieren jetzt in diesen Bereich. Die zukünftige Informationsübertragungstechnologie wird auf der Grundlage der bestehenden implementiert. Glasfaserkabel, vertrauter Computer, aber neuer Router und Photonengenerator.

Die Existenz des neuen Internets beginnt mit einem Laser, in dem sich die Quelle einzelner Photonen befindet. Sie haben eine gute Eigenschaft, Informationen auf sichere Weise zu übertragen. Ein einzelnes Photon kann nicht geteilt werden. Der Schlüssel ist so geformt, dass ein Lesen nicht möglich ist. Um aus einem Photon einen Informationsträger zu machen, ändert das System seinen Zustand, die Phase der Impulswellenschwingung. Heute ist der Entwicklungsstand der Quantentechnologie vergleichbar mit dem, wie der Mobilfunk vor dreißig Jahren aussah, weitere fünf bis zehn Jahre werden vergehen und Photonenquanten werden uns ein sicheres Informations-Internet geben können.

Quanteninternet in Kasan

In Tatarstan wurde ein Quanten-Internet-Netzwerk gestartet, dessen Versuchsstandort sich in Kasan befindet. Dieses Programmist ein wichtiger Erfolg in der Entwicklung der Quantenkommunikation in Russland. Laut Wissenschaftlern ist sie absolut immun gegen Hackerangriffe.

Heute basiert der Schutz unseres Internet-Netzwerks auf der Verschlüsselung mathematischer Algorithmen, aber selbst der komplexeste Code kann geknackt werden. Je leistungsfähiger die Rechenfähigkeiten von Hackern sind, desto einfacher und schneller lässt sich der Verschlüsselungsalgorithmus berechnen.

Die im Artikel beschriebene Technologie wird zu einer neuen Netzwerksicherheitsstruktur. Das Quanteninternet in Kazan wird in vier Knoten in einem Abstand von 30-40 Kilometern voneinander zusammengefasst. Die Kosten für die Auswahl zwischen zwei Punkten betragen etwa hunderttausend Dollar. Im Versuchsteil zeigte das Netz eine Quanteninternetgeschwindigkeit von 117 kb/s bei einer Entfernung von zweieinhalb Kilometern. Dieses Ergebnis ist um eine Größenordnung höher als in europäischen Studien. Im Netzwerk betrug die Übertragungsverlustrate von Quantenbits im optischen Kanal zwanzig dB. Das entspricht einer hundert Kilometer langen Leitung.

Es ist erwähnenswert, dass dieses Projekt die Betriebsleitung des Telekommunikationsnetzes der Tattelecom-Infrastruktur betrifft.

Netzwerk verbindet Städte

Im Jahr 2017 ist geplant, ein Projekt zur Einführung neuer Technologien zu starten. Quantum Internet in Tatarstan wird es ermöglichen, Büros in verschiedenen Städten zu verbinden. Dies ist eine der Hauptaufgaben des Kazan Quantum Center KNITU-KAI und seines Leiters. Wenn man sich ihre Erfolge ansieht, glaubt man ohne Zweifel, dass dies der Fall sein wird.