Kvantti-internet: digitaalisen viestinnän seuraava vallankumous

• Kirjoittaja:
• tekijän nimi

  Quantumrun Foresight
• Heinäkuu 19, 2022

Havainnon yhteenveto

Vaikka Internet on muuttanut yhteiskuntaa, se kohtaa tietoturva-aukkoja, mikä vie tutkimusta kvantti-internetiin. Kvanttijärjestelmissä käytetään kubitteja, jotka mahdollistavat tiedon käsittelyn olennaisesti eri tavalla ja tarjoavat ainutlaatuisia haasteita ja mahdollisuuksia. Viimeaikaiset läpimurrot kvanttitilojen stabiloinnissa avaavat ovia kvanttisalaukselle, lupaavat parannettua tietoturvaa, nopeampaa tiedonsiirtoa ja muuttavat vaikutukset eri toimialoilla.

Kvantti-internet-konteksti

Vaikka Internet on mullistanut modernin yhteiskunnan, se on edelleen täynnä tietoturva-aukkoja, jotka vaarantavat digitaalisia ekosysteemejä ja kriittistä julkista infrastruktuuria. Näiden heikkouksien korjaamiseksi tutkijat tutkivat nyt kvantti-Internetin tarjoamia mahdollisuuksia, joista voi tulla todellisuutta aikaisemmin kuin aiemmin ennustettiin.

Perinteiset tietokonejärjestelmät suorittavat käskyt bittien (tai binäärilukujen) mukaan, joiden yksittäinen arvo on 0 tai 1. Bitit ovat myös pienin tietokoneiden käyttämä tietoyksikkö. Kvanttijärjestelmät ovat nostaneet käskyjen suorittamisen uudelle tasolle käsittelemällä bittejä perinteisten tietokoneiden tapaan, mutta myös hyödyntämällä kubitteja, jotka mahdollistavat 0:n ja 1:n käsittelyn samanaikaisesti. Nämä kubitit esiintyvät hauraissa kvanttitiloissa, joita on ollut vaikea ylläpitää vakaassa muodossa ja ne ovat haaste kvanttitietokoneiden tutkijoille. 

Vuonna 2021 japanilaisen Toshiban monialayrityksen tutkijat pystyivät kuitenkin stabiloimaan ympäristön valokuitukaapeleiden sisällä yli 600 kilometrin matkalla lähettämällä melua vaimentavia aaltoja kuituoptisia linjoja pitkin. Kiinassa tutkijat kehittävät satelliittipohjaista menetelmää integroidun avaruus-maa kvanttiviestintäverkon kehittämiseksi, joka kattaa 4,600 XNUMX kilometriä – suurinta laatuaan.

Tämä kehitys on avannut oven kvanttipohjaiselle salaukselle kvantti-internetissä. Näin ollen Quantum Key Distribution (QKD) fysiikan lait tekevät niistä mahdotonta hakkeroida, koska mikä tahansa vuorovaikutus niiden kanssa muuttaisi mukana olevien hiukkasten sotkeutuneita tiloja, mikä varoittaa järjestelmää, että joku on ollut vuorovaikutuksessa niiden kanssa. Kolmisuuntainen sotkeutuminen on myös onnistuneesti osoitettu, jolloin kolme käyttäjää voi jakaa salaisia ​​tietoja läheisessä verkossa.

Häiritsevä vaikutus 

Kvanttiviestinnällä on lupaus turvata kriittisimmät tiedot hallituksille ja organisaatioille. Kansallisessa turvallisuudessa tästä tulee välttämätön työkalu, sillä se varmistaa, että turvaluokiteltu tieto, sotilaallinen viestintä ja kriittisen infrastruktuurin tiedot ovat turvassa kyberuhkilta. Tämä korkeampi suojaustaso tarjoaa suojan mahdollisia kvanttitietokoneiden hyökkäyksiä vastaan, jotka voivat vaarantaa perinteiset salausjärjestelmät.

Lisäksi kvanttiinternet voi helpottaa valtavien tietomäärien siirtoa pitkiä matkoja, mikä lupaa eksponentiaalisia parannuksia verkon käsittelynopeuksiin. Rahoitusalalla korkean taajuuden kaupankäynti ja reaaliaikainen markkina-analyysi voivat antaa kauppiaille mahdollisuuden tehdä päätöksiä sekunnin murto-osassa. Samaan aikaan tähtitieteilijät voivat vastaanottaa reaaliaikaista tietoa kaukoputkesta maailmanlaajuisesti, mikä johtaa syvempään ymmärrykseen kosmoksesta, kun taas hiukkasfyysikot voivat analysoida hiukkaskiihdyttimien tuottamia massiivisia tietojoukkoja viipymättä, mikä nopeuttaa tieteellisten löytöjen vauhtia.

On kuitenkin otettava huomioon myös kvanttilaitteiden ja -verkkojen mahdolliset turvallisuushaasteet. Kvanttitietokoneilla on vertaansa vailla oleva prosessointinopeus ja laskentateho, ja ne pystyvät murtamaan perinteisiä salausjärjestelmiä, jotka tukevat nykypäivän digitaalisen maailman turvallisuutta. Tämän ratkaisemiseksi hallitukset, organisaatiot ja yritykset saattavat joutua investoimaan postkvanttisalaukseen. Kvanttiturvalliseen salaukseen siirtyminen ei ole yksinkertainen tehtävä, sillä se edellyttää koko digitaalisen infrastruktuurin päivittämistä.

Kvanttikäsittelyn vaikutukset viestintäteollisuudessa 

Kvantti-Internetin yleistymisen laajempia seurauksia voivat olla:

• Hallitukset ja yritykset, jotka investoivat merkittävästi kvanttiverkkojen ja -teknologioiden kehittämiseen ja ylläpitoon, mikä vaatii merkittäviä taloudellisia resursseja ja strategista suunnittelua.
• Geopoliittinen maisema muuttuu, kun kansakunnat pyrkivät turvaamaan oman kvantti-Internet-infrastruktuurinsa, mikä lisää kansainvälistä kilpailua ja yhteistyötä kvanttiteknologia-avaruudessa.
• Yksilöt ja organisaatiot saavat pääsyn erittäin turvallisiin ja yksityisiin viestintävälineisiin, jotka mahdollistavat luottamuksellisen tiedonvaihdon, mutta myös herättävät huolta tällaisen teknologian mahdollisesta väärinkäytöstä laittomiin tarkoituksiin.
• Terveydenhuoltoala kokee edistystä lääketieteellisen tutkimuksen, lääkekehityksen ja henkilökohtaisen lääketieteen alalla.
• Uusia työmahdollisuuksia kvanttiteknologiaan liittyvillä aloilla, mikä lisää kvanttilaskennan, kryptografian ja verkkoturvallisuuden ammattitaitoisten ammattilaisten kysyntää.
• Kvanttilaitteiden ja -verkkojen energiatarpeet vaikuttavat sähkönkulutukseen, mikä edellyttää energiatehokkaiden kvanttiteknologioiden kehittämistä.
• Lisääntynyt kansainvälinen yhteistyö kvanttitutkimuksessa ja standardeissa, jotka varmistavat yhteensopivuuden ja turvallisuuden maailmanlaajuisesti yhdistetyssä kvantti-Internetissä.

Pohdittavia kysymyksiä

• Miten muuten luulet kvanttiinternetistä ja yksityisistä kvanttiviestintäverkoista hyötyvän yleisölle? Tai yksityinen teollisuus?
• Uskotko, että klassinen, bittipohjainen laskenta jatkuu, vaikka kvanttipohjaiset tekniikat syrjäyttäisivät sen? Vai ovatko nämä kaksi laskentamenetelmää tasapainossa niiden vahvuuksista ja heikkouksista riippuen?