Skammta netið: Næsta bylting í stafrænum samskiptum

• Höfundur:
• Höfundur nafn

  Quantumrun Foresight
• Júlí 19, 2022

Innsýn samantekt

Þó að internetið hafi umbreytt samfélaginu stendur það frammi fyrir öryggisveikleikum, sem knýr rannsóknir á skammtanetinu. Skammtakerfi nota qubits, sem gera kleift að vinna úr upplýsingum á í grundvallaratriðum öðruvísi hátt, sem býður upp á einstaka áskoranir og tækifæri. Nýlegar byltingar í að koma á stöðugleika skammtafræðiríkja opna dyr fyrir skammtadulkóðun, lofa auknu gagnaöryggi, hraðari gagnaflutningi og umbreytandi áhrifum á milli atvinnugreina.

Quantum internet samhengi

Þó að internetið hafi gjörbylt nútímasamfélagi er það enn fullt af öryggisveikleikum sem stofna stafrænu vistkerfi og mikilvægum opinberum innviðum í hættu. Til að bregðast við þessum veikleikum eru vísindamenn nú að rannsaka möguleika skammtafræðinetsins, sem gæti orðið að veruleika fyrr en áður var spáð.

Hefðbundin tölvukerfi framkvæma leiðbeiningar í samræmi við bita (eða tvöfalda tölustafi) með einu gildinu 0 eða 1. Bitar eru líka minnsta mögulega gagnaeining sem tölvur nota. Skammtakerfi hafa fært framkvæmd kennslu á næsta stig með því að vinna bita svipað og hefðbundnar tölvur en einnig nýta qubita, sem gera því kleift að vinna úr 0 og 1 samtímis. Þessar qubits eru til í viðkvæmum skammtafræðiástandum, sem erfitt hefur verið að viðhalda í stöðugu formi og eru áskorun fyrir skammtatölvufræðinga. 

Hins vegar, árið 2021, tókst vísindamönnum hjá japönsku samsteypunni Toshiba að koma á stöðugleika í umhverfinu innan ljósleiðara yfir 600 kílómetra með því að senda hávaðadeyfandi bylgjur niður ljósleiðaralínurnar. Í Kína eru vísindamenn að þróa gervitunglabyggða aðferð til að þróa samþætt geim-til-jörð skammtasamskiptanet sem spannar 4,600 kílómetra - það stærsta sinnar tegundar.

Þessi þróun hefur opnað dyrnar fyrir skammtafræðilega dulkóðun á skammtafræðineti. Samkvæmt því gera eðlisfræðilögmálin sem tengjast Quantum Key Distribution (QKD) ómögulegt að hakka þá, þar sem öll samskipti við þá myndu breyta flækjuástandi agnanna sem taka þátt og gera kerfinu viðvart um að einhver hafi haft samskipti við þá. Einnig hefur verið sýnt fram á þríhliða flækju, sem gerir þremur notendum kleift að deila leynilegum upplýsingum í nánu neti.

Truflandi áhrif 

Skammtasamskipti hafa loforð um að vernda mikilvægustu gögnin fyrir stjórnvöld og stofnanir. Í þjóðaröryggi verður þetta ómissandi tæki, þar sem það tryggir að trúnaðarupplýsingar, hernaðarsamskipti og mikilvæg innviðagögn séu örugg fyrir netógnum. Þetta aukna öryggisstig býður upp á skjöld gegn hugsanlegum árásum frá skammtatölvum sem gætu komið hefðbundnum dulritunarkerfum í hættu.

Ennfremur getur skammtanetið auðveldað flutning á gríðarlegu magni gagna yfir langar vegalengdir, sem lofar veldishraða umbótum á vinnsluhraða netsins. Í fjármálageiranum geta hátíðniviðskipti og rauntíma markaðsgreining gert kaupmönnum kleift að taka ákvarðanir á sekúndubroti. Á sama tíma geta stjörnufræðingar tekið á móti rauntímagögnum frá sjónaukum um allan heim, sem leiðir til dýpri skilnings á alheiminum, á meðan agnaeðlisfræðingar geta greint gríðarmikil gagnasöfn sem mynduð eru af öreindahröðlum án tafar og flýtt fyrir hraða vísindalegra uppgötvunar.

Hins vegar verður líka að huga að hugsanlegum öryggisáskorunum sem stafa af skammtatækjum og netkerfum. Skammtatölvur, með óviðjafnanlegan vinnsluhraða og reiknikraft, hafa getu til að sprunga hefðbundin dulritunarkerfi sem styðja öryggi stafræns heims nútímans. Til að bregðast við þessu gætu stjórnvöld, stofnanir og fyrirtæki þurft að fjárfesta í dulritun eftir skammtafræði. Að skipta yfir í skammtaörugga dulkóðun er ekki einfalt verkefni, þar sem það felur í sér uppfærslu á öllu stafrænu innviði.

Afleiðingar skammtavinnslu innan fjarskiptaiðnaðarins 

Víðtækari vísbendingar um að skammtanetið verði víða aðgengilegt geta verið:

• Ríkisstjórnir og fyrirtæki sem fjárfesta verulega í þróun og viðhaldi skammtakerfisneta og -tækni, sem krefst mikils fjármagns og stefnumótunar.
• Landfræðilegt landslag breytist eftir því sem þjóðir leitast við að tryggja eigin skammtakerfisnetinnviði, sem leiðir til aukinnar alþjóðlegrar samkeppni og samvinnu á sviði skammtatækni.
• Einstaklingar og stofnanir fá aðgang að mjög öruggum og einkasamskiptatækjum, sem gerir trúnaðarsamskiptum kleift en vekja einnig áhyggjur af hugsanlegri misnotkun slíkrar tækni í ólöglegum tilgangi.
• Heilbrigðisiðnaðurinn upplifir framfarir í læknisfræðilegum rannsóknum, lyfjauppgötvun og persónulegri læknisfræði.
• Ný atvinnutækifæri á sviði skammtatæknitengdra, eykur eftirspurn eftir hæfu fagfólki í skammtatölvu, dulritun og netöryggi.
• Orkuþörf skammtafræðitækja og netkerfa sem hefur áhrif á raforkunotkun og krefst þróunar á orkunýtinni skammtatækni.
• Aukið alþjóðlegt samstarf um skammtarannsóknir og staðla sem tryggja eindrægni og öryggi á heimstengdu skammtaneti.

Spurningar sem þarf að íhuga

• Hvernig heldurðu annars að skammtanetið og einkaskammtasamskiptanet muni gagnast almenningi? Eða einkaiðnaður?
• Trúir þú að klassísk, bitabyggð tölvumál muni halda áfram að vera til, jafnvel þó að skammtamiðuð tækni komi í stað hennar? Eða munu reikniaðferðirnar tvær vera í jafnvægi eftir styrkleika og veikleika?