Internet kwantowy: kolejna rewolucja w komunikacji cyfrowej

• Autor:
• nazwisko autora

  Foresight Quantumrun
• 19 lipca 2022 r.

Podsumowanie spostrzeżeń

Chociaż Internet zmienił społeczeństwo, boryka się z lukami w zabezpieczeniach, co napędza badania nad internetem kwantowym. Systemy kwantowe wykorzystują kubity, które umożliwiają przetwarzanie informacji w zasadniczo inny sposób, stwarzając wyjątkowe wyzwania i możliwości. Niedawne przełomy w stabilizowaniu stanów kwantowych otwierają drzwi do szyfrowania kwantowego, obiecując zwiększone bezpieczeństwo danych, szybszy transfer danych i transformacyjny wpływ na różne branże.

Kwantowy kontekst internetowy

Chociaż Internet zrewolucjonizował współczesne społeczeństwo, nadal jest pełen luk w zabezpieczeniach, które zagrażają ekosystemom cyfrowym i krytycznej infrastrukturze publicznej. Aby rozwiązać te słabości, naukowcy badają obecnie możliwości oferowane przez Internet kwantowy, który może stać się rzeczywistością szybciej niż wcześniej przewidywano.

Tradycyjne systemy komputerowe wykonują instrukcje zgodnie z bitami (lub cyframi binarnymi) o pojedynczej wartości 0 lub 1. Bity są również najmniejszą możliwą jednostką danych używaną przez komputery. Systemy kwantowe przeniosły wykonywanie instrukcji na wyższy poziom, przetwarzając bity podobne do tradycyjnych komputerów, ale także wykorzystując kubity, które umożliwiają jednoczesne przetwarzanie zer i jedynek. Te kubity istnieją w delikatnych stanach kwantowych, które trudno było utrzymać w stabilnej formie i stanowią wyzwanie dla badaczy komputerów kwantowych. 

Jednak w 2021 r. badaczom z japońskiego konglomeratu Toshiba udało się ustabilizować środowisko w kablach światłowodowych na długości ponad 600 km, wysyłając po liniach światłowodowych fale redukujące hałas. W Chinach naukowcy opracowują satelitarną metodę opracowania zintegrowanej sieci komunikacji kwantowej przestrzeń-ziemia obejmującej 4,600 kilometrów – największej tego typu.

Zmiany te otworzyły drzwi do szyfrowania kwantowego w Internecie kwantowym. W związku z tym prawa fizyki związane z kwantową dystrybucją klucza (QKD) uniemożliwiają ich zhakowanie, ponieważ jakakolwiek interakcja z nimi zmieniłaby stan splątania zaangażowanych cząstek, ostrzegając system, że ktoś z nimi wszedł w interakcję. Pomyślnie zademonstrowano również splątanie trójstronne, umożliwiające trzem użytkownikom dzielenie się tajnymi informacjami w bliskiej sieci.

Zakłócający wpływ 

Komunikacja kwantowa obiecuje ochronę najważniejszych danych dla rządów i organizacji. W kontekście bezpieczeństwa narodowego staje się to narzędziem niezbędnym, gdyż zapewnia ochronę informacji niejawnych, łączności wojskowej i danych o infrastrukturze krytycznej przed zagrożeniami cybernetycznymi. Ten podwyższony poziom bezpieczeństwa zapewnia ochronę przed potencjalnymi atakami ze strony komputerów kwantowych, które mogłyby zagrozić tradycyjnym systemom kryptograficznym.

Co więcej, internet kwantowy może ułatwić przesyłanie ogromnych ilości danych na duże odległości, obiecując wykładniczą poprawę prędkości przetwarzania sieci. W sektorze finansowym transakcje o wysokiej częstotliwości i analiza rynku w czasie rzeczywistym mogą umożliwić inwestorom podejmowanie decyzji w ułamku sekundy. Tymczasem astronomowie mogą otrzymywać w czasie rzeczywistym dane z teleskopów na całym świecie, co prowadzi do głębszego zrozumienia kosmosu, podczas gdy fizycy cząstek elementarnych mogą bezzwłocznie analizować ogromne zbiory danych generowane przez akceleratory cząstek, przyspieszając tempo odkryć naukowych.

Należy jednak również wziąć pod uwagę potencjalne wyzwania w zakresie bezpieczeństwa, jakie stwarzają urządzenia i sieci kwantowe. Komputery kwantowe, dzięki niezrównanej prędkości przetwarzania i mocy obliczeniowej, mają zdolność łamania tradycyjnych systemów kryptograficznych, które stanowią podstawę bezpieczeństwa dzisiejszego cyfrowego świata. Aby rozwiązać ten problem, rządy, organizacje i firmy mogą być zmuszone zainwestować w kryptografię postkwantową. Przejście na szyfrowanie bezpieczne kwantowo nie jest zadaniem prostym, gdyż wiąże się z aktualizacją całej infrastruktury cyfrowej.

Implikacje przetwarzania kwantowego w branży komunikacyjnej 

Szersze konsekwencje powszechnej dostępności Internetu kwantowego mogą obejmować:

• Rządy i firmy inwestujące znacznie w rozwój i utrzymanie sieci i technologii kwantowych, wymagające znacznych zasobów finansowych i planowania strategicznego.
• Krajobraz geopolityczny zmienia się, gdy narody starają się zabezpieczyć własną infrastrukturę Internetu kwantowego, co prowadzi do zwiększonej międzynarodowej konkurencji i współpracy w przestrzeni technologii kwantowej.
• Osoby i organizacje uzyskujące dostęp do wysoce bezpiecznych i prywatnych narzędzi komunikacji, umożliwiających poufną wymianę informacji, ale także wyrażające obawy dotyczące potencjalnego niewłaściwego wykorzystania takiej technologii do nielegalnych celów.
• Branża opieki zdrowotnej doświadcza postępów w badaniach medycznych, odkrywaniu leków i medycynie spersonalizowanej.
• Nowe możliwości pracy w dziedzinach związanych z technologią kwantową, zwiększające popyt na wykwalifikowanych specjalistów w dziedzinie obliczeń kwantowych, kryptografii i bezpieczeństwa sieci.
• Wymagania energetyczne urządzeń i sieci kwantowych wpływające na zużycie energii elektrycznej, wymagające rozwoju energooszczędnych technologii kwantowych.
• Zwiększona współpraca międzynarodowa w zakresie badań kwantowych i standardów zapewniających kompatybilność i bezpieczeństwo w globalnie połączonym Internecie kwantowym.

Pytania do rozważenia

• Jak myślisz, w jaki inny sposób internet kwantowy i prywatne sieci komunikacji kwantowej przyniosą korzyści społeczeństwu? A może przemysł prywatny?
• Czy wierzysz, że klasyczne, oparte na bitach obliczenia będą nadal istnieć, nawet gdy zastąpią je technologie kwantowe? A może te dwie metody obliczeniowe będą istnieć w równowadze w zależności od ich mocnych i słabych stron?