Существующий сейчас Интернет связывает людей со всего земного шара. Он отправляет пакеты информации, которые являются нашими сообщениями, или любой другой информацией, в виде простых сигналов — небольших вспышек света в оптических волокнах, электрических разрядов внутри медного провода или микроволнами для установления беспроводных соединений. Это быстро и надежно. Так зачем разрабатывать квантовый Интернет, который вместо этого использует одиночные фотоны — наименьший возможный квант света?
Потому что есть новые научные области, которые нужно исследовать. Квантовая физика управляет областью очень малого. Это позволяет нам понять — и использовать в своих интересах — уникальные квантовые явления, для которых нет классического аналога. Мы можем использовать принципы квантовой физики для разработки датчиков, которые делают более точные измерения, компьютеров, имитирующих более сложные физические процессы, и сетей связи, которые надежно соединяют эти устройства и создают новые возможности для научных открытий.
Квантовые сети используют квантовые свойства фотонов для кодирования информации. Например, фотоны, поляризованные в одном направлении (например, в направлении, которое позволяет им проходить через поляризованные солнцезащитные очки), связаны со значением 1. Фотоны, поляризованные в противоположном направлении (чтобы они не проходили через солнцезащитные очки), связаны с нулевым значением. Исследователи разрабатывают протоколы квантовой связи, чтобы формализовать эти ассоциации, позволяя квантовому состоянию фотонов передавать информацию от отправителя к получателю через квантовую сеть.
Квантовые сети используют уникальные квантовые явления, такие как суперпозиция, запрет на клонирование и запутанность, которые недоступны для классических сетей. До того, как фотон будет измерен, он существует в суперпозиции всех своих возможных квантовых состояний, каждое с соответствующей вероятностью. Измерение выбирает одно из этих состояний. Фактически, квантовое состояние фотона нельзя измерить, не вызвав возмущения, которое не подтвердит попытку. Также нельзя скопировать произвольное неизвестное квантовое состояние — клонирование запрещено. Правильно спроектированная и управляемая квантовая сеть получает беспрецедентный уровень безопасности за счет таких особенностей самих фотонов.
Но если фотон нельзя скопировать, как можно усилить связь, чтобы достичь удаленных получателей? Здесь на сцену выходит квантовое явление запутанности. Квантовое состояние каждого запутанного фотона коррелирует с состоянием его запутанных партнеров, независимо от их расстояния друг от друга. Разрабатываются повторители квантовых сетей, которые используют запутанность для расширения диапазона квантовых сетей.
Сделает ли появляющийся квантовый Интернет современный классический Интернет устаревшим? Нисколько. Сильные стороны квантовых сетей дополняют сильные стороны классических сетей. В конечном итоге мы получим наибольшую выгоду, включив в Интернет как классические, так и квантовые сети с возможностями, превосходящими возможности любой из этих технологий в отдельности.
