Kvantu internets: nākamā digitālās komunikācijas revolūcija

• Autors:
• Autors nosaukums

  Quantumrun Foresight
• Jūlijs 19, 2022

Ieskata kopsavilkums

Kamēr internets ir pārveidojis sabiedrību, tas saskaras ar drošības ievainojamībām, kas veicina kvantu interneta izpēti. Kvantu sistēmās tiek izmantoti kubiti, kas ļauj apstrādāt informāciju principiāli citādā veidā, radot unikālus izaicinājumus un iespējas. Nesenie sasniegumi kvantu stāvokļu stabilizācijā paver iespējas kvantu šifrēšanai, solot uzlabotu datu drošību, ātrāku datu pārsūtīšanu un pārveidojošu ietekmi visās nozarēs.

Kvantu interneta konteksts

Lai gan internets ir radījis revolūciju mūsdienu sabiedrībā, tas joprojām ir pilns ar drošības ievainojamībām, kas apdraud digitālās ekosistēmas un kritisko publisko infrastruktūru. Lai novērstu šīs nepilnības, pētnieki tagad pēta iespējas, ko piedāvā kvantu internets, kas var kļūt par realitāti ātrāk nekā iepriekš prognozēts.

Tradicionālās datorsistēmas izpilda instrukcijas saskaņā ar bitiem (vai bināriem cipariem) ar vienu vērtību 0 vai 1. Biti ir arī mazākā iespējamā datu vienība, ko izmanto datori. Kvantu sistēmas ir pacēlušas instrukciju izpildi uz nākamo līmeni, apstrādājot bitus, kas līdzīgi tradicionālajiem datoriem, bet arī izmantojot kubitus, kas ļauj vienlaicīgi apstrādāt 0 un 1. Šie kubiti pastāv trauslos kvantu stāvokļos, kurus ir bijis grūti uzturēt stabilā formā un tie rada izaicinājumu kvantu datoru pētniekiem. 

Tomēr 2021. gadā Japānas konglomerāta Toshiba pētnieki spēja stabilizēt vidi optisko šķiedru kabeļos vairāk nekā 600 kilometru garumā, raidot troksni slāpējošus viļņus pa optiskās šķiedras līnijām. Ķīnā pētnieki izstrādā uz satelītiem balstītu metodi, lai izstrādātu integrētu kosmosa-zemes kvantu sakaru tīklu, kas aptver 4,600 kilometrus — lielāko šāda veida tīklu.

Šie notikumi ir pavēruši durvis uz kvantu balstītai šifrēšanai kvantu internetā. Attiecīgi fizikas likumi, kas saistīti ar kvantu atslēgu sadali (QKD), padara tos neiespējamus uzlauzt, jo jebkura mijiedarbība ar tiem mainītu iesaistīto daļiņu sapinušies stāvokļus, brīdinot sistēmu, ka kāds ar tām ir mijiedarbojies. Veiksmīgi ir demonstrēta arī trīsvirzienu sapīšanās, kas ļauj trim lietotājiem koplietot slepeno informāciju ciešā tīklā.

Traucējoša ietekme 

Kvantu komunikācija ir solījums aizsargāt valdībām un organizācijām vissvarīgākos datus. Nacionālajā drošībā tas kļūst par neaizstājamu instrumentu, jo nodrošina klasificētās informācijas, militārās komunikācijas un kritiskās infrastruktūras datu aizsardzību pret kiberdraudiem. Šis paaugstinātais drošības līmenis nodrošina aizsardzību pret iespējamiem kvantu datoru uzbrukumiem, kas varētu apdraudēt tradicionālās kriptogrāfijas sistēmas.

Turklāt kvantu internets var atvieglot liela apjoma datu pārsūtīšanu lielos attālumos, solot eksponenciālus tīkla apstrādes ātruma uzlabojumus. Finanšu nozarē augstas frekvences tirdzniecība un reāllaika tirgus analīze var ļaut tirgotājiem pieņemt lēmumus sekundes daļā. Tikmēr astronomi var saņemt reāllaika datus no teleskopiem visā pasaulē, kas ļauj dziļāk izprast kosmosu, savukārt daļiņu fiziķi var bez kavēšanās analizēt masveida datu kopas, ko rada daļiņu paātrinātāji, paātrinot zinātnisko atklājumu tempu.

Tomēr jāņem vērā arī iespējamās drošības problēmas, ko rada kvantu ierīces un tīkli. Kvantu datori ar nepārspējamu apstrādes ātrumu un skaitļošanas jaudu spēj uzlauzt tradicionālās kriptogrāfijas sistēmas, kas ir mūsdienu digitālās pasaules drošības pamatā. Lai to risinātu, valdībām, organizācijām un uzņēmumiem, iespējams, būs jāiegulda postkvantu kriptogrāfijā. Pāreja uz kvantu drošu šifrēšanu nav vienkāršs uzdevums, jo tas ietver visas digitālās infrastruktūras atjaunināšanu.

Kvantu apstrādes ietekme sakaru nozarē 

Plašākas sekas tam, ka kvantu internets kļūst plaši pieejams, var ietvert:

• Valdības un uzņēmumi, kas iegulda būtiskus līdzekļus kvantu tīklu un tehnoloģiju izstrādē un uzturēšanā, kam nepieciešami ievērojami finanšu resursi un stratēģiskā plānošana.
• Ģeopolitiskā ainava mainās, valstīm cenšoties nodrošināt savu kvantu interneta infrastruktūru, kā rezultātā palielinās starptautiskā konkurence un sadarbība kvantu tehnoloģiju telpā.
• Personas un organizācijas, kas iegūst piekļuvi ļoti drošiem un privātiem saziņas rīkiem, kas nodrošina konfidenciālu apmaiņu, bet arī rada bažas par iespējamu šādas tehnoloģijas ļaunprātīgu izmantošanu nelikumīgiem mērķiem.
• Veselības aprūpes nozare piedzīvo progresu medicīniskajā izpētē, zāļu atklāšanā un personalizētajā medicīnā.
• Jaunas darba iespējas ar kvantu tehnoloģijām saistītās jomās, palielinot pieprasījumu pēc kvalificētiem speciālistiem kvantu skaitļošanas, kriptogrāfijas un tīkla drošības jomā.
• Kvantu ierīču un tīklu enerģijas prasības, kas ietekmē elektroenerģijas patēriņu, kas prasa energoefektīvu kvantu tehnoloģiju attīstību.
• Pastiprināta starptautiskā sadarbība kvantu pētniecības un standartu jomā, kas nodrošina saderību un drošību globāli savienotā kvantu internetā.

Jautājumi, kas jāapsver

• Kā citādi, jūsuprāt, kvantu internets un privātie kvantu sakaru tīkli dos labumu sabiedrībai? Vai privātā nozare?
• Vai jūs uzskatāt, ka klasiskā bitu skaitļošana turpinās pastāvēt pat tad, ja kvantu tehnoloģijas to aizstās? Vai arī abas skaitļošanas metodes pastāvēs līdzsvarā atkarībā no to stiprajām un vājajām pusēm?