О создании бета-версии квантового интернета, системе, которая состоит из трех квантовых устройств объединенных в сеть, объявили ученые исследовательского центра QuTech из Делфтского технологического университета.

 Интернет, квантовые компьютеры, квантовая физика, квант, квантовая сеть

Кубит памяти использует углерод-13, нерадиоактивный изотоп, который составляет около 1% природного углерода. Углерод-13 имеет дополнительный нейтрон в ядре, поэтому он действует как стержневой магнит. Исследователи использовали активный электрон в дефекте азота в качестве датчика, чтобы определить местонахождение ближайшего ядра углерода-13. Управляя электроном, они смогли подтолкнуть ядро ​​углерода к определенным квантовым состояниям, превратив его в дополнительный кубит. Такая углеродная квантовая память может сохранять свое квантовое состояние в течение 1 минуты или больше - что в субатомном мире - вечность.

 

Углеродная память позволила исследователям поэтапно настроить сеть из трех устройств. Сначала они запутали один из конечных узлов с азотом в центральном узле. Затем они сохранили квантовое состояние азота в углеродной памяти. Это освободило центральный азотный кубит, чтобы он запутался с кубитом в третьем узле.

 Интернет, квантовые компьютеры, квантовая физика, квант, квантовая сеть
 

«Это позволит нам соединять квантовые компьютеры для увеличения вычислительной мощности, создавать сети, которые нельзя взломать, и достичь невероятного уровня координации работы атомных часов и телескопов», - объясняет Маттео Помпили, член исследовательской группы QuTech. Он уверен, что сейчас мы можем не догадываться обо всех возможных использованиях подобных систем - возможно, однажды именно квантовые устройства помогут провести нам выборы без каких-либо фальсификаций.

 

 

 

Что же отличает квантовые компьютеры от обычных? Если коротко, то во времени, которое необходимо для вычислений. С любой подобной задачей может справиться и обычный компьютер, просто квантовый рассчитает ее намного быстрее. Все дело в особенностях хранения информации и возможности ее использования.

В обычных компьютерах используются биты и байты, которые могут принимать только два значения — 0 и 1. Кубиты, которые лежат в основе квантовых систем, можно запрограммировать как суперпозицию 0 и 1 — то есть одновременно принимать оба этих значения. Это позволяет квантовым компьютерам намного быстрее выполнять определенные вычисления, ведь вместо того чтобы решать несколько вариантов задачи по одному, квантовый компьютер может обрабатывать их все одновременно.

 

В квантовую сеть устройства объединяют для координации — таким образом кубиты одного компьютера могут связываться с кубитами другого. Потенциально это может стать новым видом шифрования, которое невозможно будет взломать, ведь у потенциальных хакеров не будет доступа к этой закрытой сети.

 

Однако прелестями подобных систем смогут пользоваться не только полноценные квантовые компьютеры, которых сейчас очень мало. Квантовый интернет вполне может быть построен на том интернете, который сейчас есть у нас, просто обычный потребитель вряд ли заметит большую разницу (кроме, возможно, увеличения скорости его работы). Так уж устроена криптография и шифрование — если все работает хорошо, то потребитель даже не замечает, как это происходит. Например, квантовые сети уже используются китайским банком Huishang Bank для обеспечения безопасности транзакций и связи между главным и резервным дата-центрами.

 Интернет, квантовые компьютеры, квантовая физика, квант, квантовая сеть

Как работает квантовая сеть и почему она безопаснее обычной? Одновременно измерить скорость и установить местоположение квантовой частицы невозможно. Это одна из основ квантовой физики — любое изменение одной частицы влияет и меняет всю квантовую систему. Нидерландские ученые смогли связать три устройства в единую сеть, передавая информацию о кубитах при помощи фотонов, которые двигались по оптоволокну. Правда, сейчас это ближе к локальной сети, чем к интернету, ведь устройства разделяет расстояние в 10−20 метров.

 

Главной проблемой, с которой столкнулись ученые, разработавшие систему, было поддержание квантовой запутанности, чтобы кубиты разных устройств постоянно реагировали на своих «коллег» по сети. Для этого их пришлось поместить в криостаты — теплоизолированные устройства, которые защищают квантовые узлы от окружающей среды.

 

Следующим вопросом стало перемещение фотонов, которые передают информацию кубитам. Дело в том, что они не могут перемещаться на большие расстояния, и если отправить их в путешествие длинной в тысячу километров, то они скорее рассеются, что приведет к потере сигнала и разрушению сети. Поэтому, чтобы исключить уничтожение фотонов, ученые решили сделать одну из трех точек квантовой сети чем-то наподобие посредника. В этом среднем узле есть два кубита вместо одного — один работает на прием информации, а другой отвечает за ее передачу следующему устройству. Таким образом можно связывать компьютеры на расстоянии в несколько сот километров, в будущем формируя намного большую сеть, которая сможет соединить условные Нью-Йорк и Париж.

 

 

 

Однако этим все не ограничилось, ведь фотону мало просто сказать «запутайся и отправляйся вон туда». Для его создания необходима идеальная синхронизация лазеров, а чтобы давать им правильную команду и направлять в нужные узлы, исследователям пришлось использовать сложную систему зеркал и лазерного света.

 

В будущем ученые планируют научиться передавать информацию по своей квантовой сети, а также улучшить вычислительные возможности сети. Со временем они хотят создать сеть, которая соединит Гаагу и Делфт — города, которые расположены в 11 километрах друг от друга. Ученые надеются, что их система послужит примером, на основе которой в будущем исследователи смогут строить и улучшать свои квантовые сети.

 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Новости о науке, технике, вооружении и технологиях.

Подпишитесь и будете получать свежий дайджест лучших статей за неделю!