Kvantni internet: Naslednja revolucija v digitalni komunikaciji

• Avtor:
• ime avtorja

  Quantumrun Foresight
• Julij 19, 2022

Povzetek vpogleda

Medtem ko je internet preoblikoval družbo, se sooča z varnostnimi ranljivostmi, kar spodbuja raziskave kvantnega interneta. Kvantni sistemi uporabljajo kubite, ki omogočajo obdelavo informacij na bistveno drugačen način, kar predstavlja edinstvene izzive in priložnosti. Nedavni preboji pri stabilizaciji kvantnih stanj odpirajo vrata za kvantno šifriranje, obljubljajo večjo varnost podatkov, hitrejši prenos podatkov in transformativne učinke v panogah.

Kvantni internetni kontekst

Čeprav je internet revolucioniral sodobno družbo, je še vedno poln varnostnih ranljivosti, ki ogrožajo digitalne ekosisteme in kritično javno infrastrukturo. Da bi odpravili te slabosti, raziskovalci zdaj raziskujejo možnosti, ki jih ponuja kvantni internet, ki bi lahko postal resničnost prej, kot je bilo prej predvideno.

Tradicionalni računalniški sistemi izvajajo navodila v skladu z biti (ali binarnimi ciframi) z eno samo vrednostjo 0 ali 1. Biti so tudi najmanjša možna podatkovna enota, ki jo uporabljajo računalniki. Kvantni sistemi so izvajanje navodil dvignili na naslednjo raven z obdelavo bitov, podobnih tradicionalnim računalnikom, vendar tudi z uporabo kubitov, ki omogočajo hkratno obdelavo 0 in 1. Ti kubiti obstajajo v krhkih kvantnih stanjih, ki jih je bilo težko vzdrževati v stabilni obliki in predstavljajo izziv kvantnim računalniškim raziskovalcem. 

Vendar pa je leta 2021 raziskovalcem japonskega konglomerata Toshiba uspelo stabilizirati okolje znotraj kablov z optičnimi vlakni v dolžini več kot 600 kilometrov s pošiljanjem valov za dušenje hrupa po linijah z optičnimi vlakni. Na Kitajskem raziskovalci razvijajo satelitsko metodo za razvoj integriranega kvantnega komunikacijskega omrežja vesolje-zemlja, ki obsega 4,600 kilometrov – največje te vrste.

Ta razvoj je odprl vrata kvantnemu šifriranju v kvantnem internetu. V skladu s tem fizikalni zakoni, povezani s kvantno porazdelitvijo ključev (QKD), onemogočajo vdor v njih, saj bi kakršna koli interakcija z njimi spremenila zapletena stanja vpletenih delcev in opozorila sistem, da je nekdo sodeloval z njimi. Uspešno se je izkazalo tudi tristransko zapletanje, ki je omogočilo trem uporabnikom, da delijo tajne informacije v tesnem omrežju.

Moteč vpliv 

Kvantna komunikacija obljublja varovanje najbolj kritičnih podatkov za vlade in organizacije. V nacionalni varnosti to postane nepogrešljivo orodje, saj zagotavlja, da zaupni podatki, vojaške komunikacije in podatki kritične infrastrukture ostanejo varni pred kibernetskimi grožnjami. Ta povečana raven varnosti nudi zaščito pred morebitnimi napadi kvantnih računalnikov, ki bi lahko ogrozili tradicionalne kriptografske sisteme.

Poleg tega lahko kvantni internet olajša prenos velikih količin podatkov na velike razdalje, kar obljublja eksponentne izboljšave hitrosti obdelave omrežja. V finančnem sektorju lahko visokofrekvenčno trgovanje in analiza trga v realnem času trgovcem omogočita sprejemanje odločitev v delčku sekunde. Medtem lahko astronomi prejemajo podatke v realnem času iz teleskopov po vsem svetu, kar vodi do globljega razumevanja kozmosa, medtem ko lahko fiziki delcev brez odlašanja analizirajo ogromne nabore podatkov, ki jih ustvarijo pospeševalci delcev, s čimer pospešijo tempo znanstvenih odkritij.

Vendar je treba upoštevati tudi morebitne varnostne izzive, ki jih predstavljajo kvantne naprave in omrežja. Kvantni računalniki s svojo neprimerljivo hitrostjo obdelave in računsko močjo lahko vdrejo v tradicionalne kriptografske sisteme, ki podpirajo varnost današnjega digitalnega sveta. Da bi rešili to težavo, bodo vlade, organizacije in podjetja morda morali vlagati v postkvantno kriptografijo. Prehod na kvantno varno šifriranje ni preprosta naloga, saj vključuje posodobitev celotne digitalne infrastrukture.

Posledice kvantne obdelave v komunikacijski industriji 

Širše posledice, da bo kvantni internet postal splošno dostopen, lahko vključujejo:

• Vlade in podjetja, ki veliko vlagajo v razvoj in vzdrževanje kvantnih omrežij in tehnologij, kar zahteva znatna finančna sredstva in strateško načrtovanje.
• Geopolitična pokrajina se spreminja, ko si države prizadevajo zagotoviti lastno kvantno internetno infrastrukturo, kar vodi do povečane mednarodne konkurence in sodelovanja v prostoru kvantne tehnologije.
• Posamezniki in organizacije, ki dobijo dostop do zelo varnih in zasebnih komunikacijskih orodij, ki omogočajo zaupne izmenjave, hkrati pa vzbujajo zaskrbljenost glede morebitne zlorabe takšne tehnologije v nezakonite namene.
• Zdravstvena industrija doživlja napredek v medicinskih raziskavah, odkrivanju zdravil in prilagojeni medicini.
• Nove zaposlitvene priložnosti na področjih, povezanih s kvantno tehnologijo, kar povečuje povpraševanje po kvalificiranih strokovnjakih na področju kvantnega računalništva, kriptografije in varnosti omrežja.
• Energijske zahteve kvantnih naprav in omrežij, ki vplivajo na porabo električne energije, zahtevajo razvoj energetsko učinkovitih kvantnih tehnologij.
• Okrepljeno mednarodno sodelovanje na področju kvantnih raziskav in standardov, ki zagotavljajo združljivost in varnost v globalno povezanem kvantnem internetu.

Vprašanja, ki jih je treba upoštevati

• Kako drugače mislite, da bodo kvantni internet in zasebna kvantna komunikacijska omrežja koristila javnosti? Ali zasebna industrija?
• Ali verjamete, da bo klasično bitno računalništvo še naprej obstajalo, čeprav ga bodo kvantne tehnologije nadomestile? Ali pa bosta obe računalniški metodi obstajali v ravnotežju glede na njune prednosti in slabosti?