Что такое квантовые сети? Просто о сложном.

Термин квантовая сеть все чаще встречается в новостных лентах. Разработки этого странного способа передачи данных идут полным ходом. Но, что это такое, и почему такие сети принципиально важны для развития всего человечества? Давайте разбираться.

Что такое квантовые сети? Просто о сложном.

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.

Читайте также

Ученые создали устойчивый к воздуху сверхтонкий сверхпроводник для квантовых устройств

Ученые создали устойчивый к воздуху сверхтонкий сверхпроводник для квантовых устройств

Семь секретных проектов холодной войны, изменивших современные военные технологии

Семь секретных проектов холодной войны, изменивших современные военные технологии

TROUVER представила в России линейку техники 2026 года во главе с роботами-пылесосами S70

TROUVER представила в России линейку техники 2026 года во главе с роботами-пылесосами S70

Ученые МФТИ представили «Нейропарсер» для аналитики видеопотока БПЛА

Ученые МФТИ представили «Нейропарсер» для аналитики видеопотока БПЛА

«Опускаемый бетон»: в России запатентовано строительство под водой без доков и кранов

«Опускаемый бетон»: в России запатентовано строительство под водой без доков и кранов

Ученые создали биоразлагаемую сетку, которая очищает воду от микропластика размером до десятков нанометров

Ученые создали биоразлагаемую сетку, которая очищает воду от микропластика размером до десятков нанометров

Microsoft удалила рекомендации о 32 ГБ ОЗУ для Windows 11 на фоне роста цен на память

Microsoft удалила рекомендации о 32 ГБ ОЗУ для Windows 11 на фоне роста цен на память

Какой ИИ выбрать в 2026 году: честное сравнение ChatGPT, Claude, Gemini, Grok, DeepSeek и Copilot

Какой ИИ выбрать в 2026 году: честное сравнение ChatGPT, Claude, Gemini, Grok, DeepSeek и Copilot

Робот МФТИ установил рекорд сборки головоломки «мегаминкс» за 9,6 секунды

Робот МФТИ установил рекорд сборки головоломки «мегаминкс» за 9,6 секунды

Медицинские технологии, в которые почти невозможно поверить

Медицинские технологии, в которые почти невозможно поверить

Аллергия: каковы причины возникновения, и какие капли от аллергии действительно помогут?

Аллергия: каковы причины возникновения, и какие капли от аллергии действительно помогут?

Квантовый двигатель нарушает законы термодинамики, генерируя работу и холод одновременно

Квантовый двигатель нарушает законы термодинамики, генерируя работу и холод одновременно

От «Луны-2» до Falcon 9: как человечество уже более 65 лет врезается в Луну

От «Луны-2» до Falcon 9: как человечество уже более 65 лет врезается в Луну

Южнокорейский зонд Danuri нашел кратер от падения ступени Falcon 9 на Луну

Южнокорейский зонд Danuri нашел кратер от падения ступени Falcon 9 на Луну

Думскроллинг: почему так трудно перестать читать плохие новости?

Думскроллинг: почему так трудно перестать читать плохие новости?

vivo представит новые смартфоны на фестивале «Маркет Маркета» в Нижнем Новгороде

vivo представит новые смартфоны на фестивале «Маркет Маркета» в Нижнем Новгороде