ИНТЕРНЕТ В РОССИИ И В МИРЕ

Сегодня Пятница 09.12.2016
Технологии -> Квантовая сеть       Обновление - 08.08.2016

Квантовая сеть

Квантовая сеть
Ученые из Российского квантового центра (РКЦ) запустили первую в России линию квантовой связи в городских условиях, сообщил 16.06.2016 сайт Texnomaniya.ru. Физики провели канал квантовой связи длиной 30,6 километра между двумя отделениями «Газпромбанка» в Москве на базе существующей оптоволоконной линии.
По оптоволоконному каналу передавали квантовый ключ, предназначенный для расшифровки сообщений, которыми обмениваются отделения банка. Квантовая линия предназначена для того, чтобы сделать безопасной процедуру передачи ключа.
Для этого используется квантовое распределение ключа. В этом методе информацию о ключе несут единичные фотоны в виде своих характеристик — например, поляризации, фазы или формы волнового фронта. При попытке злоумышленника измерить эту характеристику, необратимо нарушается квантовое состояние фотона, что фиксируется адресатом сигнала при сверке части ключа.

Принцип квантовой криптографии и его возможность был впервые предложен в 70-х годах прошлого столетия. Он основан на передаче пучков света с содержащейся в них информацией, зашифрованной благодаря квантовой физике. Это позволяет создать такой канал передачи информации, при взломе которого все его участники сразу об этом узнают.

Первая квантовая вычислительная сеть была создана в 2010 году в национальной лаборатории в Лос-Аламосе, штат Нью-Мексико (США). В мае 2013 года она состояла из основного сервера и трех клиентских машин. По этой 48-километровой сети на основе оптоволоконного кабеля можно передавать данные (включая видеофайлы), зашифрованные благодаря некоторым принципам квантовой физики.
Квантовые сети привлекательны тем, что позволяют получить абсолютно новый уровень защиты информации. Измерение квантового объекта, например, фотона, всегда приводит к его изменению. Таким образом, любая попытка прочитать фотон не сможет остаться незаметной, и принимающая сторона непременно увидит, что данные пытались перехватить.
Главное в квантовой сети, разрабатываемой в Лос-Аламосе заключается в том, что все доверительные действия и раздача авторизованных зашифрованных ключей, электронных подписей и сертификатов ложится непосредственно на центральный сервер, а не на каждую отдельную машину. То есть только сервер позволяет получить доступ и осуществить передачу информации между двумя машинами в этой сети.
«Мы успешно пересылали видео с защитными ключами, которые менялись каждую секунду. Даже если имеется возможность сломать такой ключ, то он будет действителен в течение всего нескольких секунд, а затем станет бесполезным, так как для доступа уже будет требоваться новый», — говорит Ричард Хьюз (Richard Hughes), один из исследователей лаборатории.

Проблема заключается в том, что существующие прототипы квантовых сетей позволяют передавать данные исключительно по одному маршруту - из точки A в точку Б, то есть информацию нельзя отправить в точки C, D, E или F. Это является следствием самой квантовой механики - определение маршрута требует чтения фотонов, а это, как было отмечено выше, изменит их, то есть информация будет утрачена.
Исследователи из Лос-Аламосской национальной лаборатории утверждают, что им удалось найти выход из ситуации - они предложили архитектуру квантовой сети с центральным узлом. Любой сигнал в сети всегда проходит через этот узел.
Сигнал до центрального узла, коммутатора, доходит в виде фотонов и после того, как попадает в коммутатор, преобразуется в стандартный электрический сигнал. Далее коммутатор направляет этот сигнал по нужному маршруту и на выходе из коммутатора сигнал вновь преобразуется в фотоны.
Создание такого коммутатора сопряжено с технической сложностью - преобразователи сигнала, фотонные детекторы, являются довольно громоздкими. Однако, по словам Хьюза, и эту проблему им удалось решить - вместо фотонных детекторов они воспользовались гораздо более компактными лазерами.

Однако 100 километров — это тот предел, который эффективно преодолеть пока не удается. На более значительных расстояниях индивидуальные фотоны просто поглощаются оптоволоконной средой передачи. Самая главная проблема квантовой криптографии — это потери. Даже самое лучшее и современное оптоволокно дает 50 процентов потерь на каждые 10-12 километров кабеля.
Допустим, мы посылаем наш секретный ключ из Москвы в Петербург — на 750 километров, и только один из миллиарда миллиардов фотонов достигнет цели. Все это делает технологию совершенно непрактичной. Именно поэтому современная квантовая криптография работает только на расстоянии примерно 100 километров. Теоретически известно, как эту проблему решить, — с помощью квантовых повторителей, но для их реализации нужна квантовая телепортация.

Решением проблемы передачи квантов на дальние расстояния и созданием многоузловой квантовой сети заниматся не только в США, но и в других стрнах, в том числе и в России.
Первая в России многоузловая квантовая сеть в тестовом режиме запущена в Татарстане. Проект реализован учеными Казанского квантового центра КНИТУ-КАИ и университета ИТМО на сети оператора связи ПАО «Таттелеком». Об этом в начале августа 2016 года, «Известиям» рассказали сами ученые.
Пилотный проект в Татарстане реализуется на основе оригинальных разработок российских ученых. Стоимость комплекта оборудования для соединения двух точек сейчас составляет около $100 тыс, однако с развитием технологий и производства стоимость оконечных решений существенно снизится.
Директор Казанского квантового центра КНИТУ-КАИ Сергей Моисеев рассказал, что сейчас многоузловая сеть апробируется в Казани, а следующим шагом станет строительство сети по всей Республике Татарстан.
— Мы хотим проложить сеть между Казанью и Набережными Челнами. Сейчас работаем над самим оборудованием, например, по ускорению передачи данных, — рассказывает Сергей Моисеев. — Расстояние для передачи квантов составляет около 100 км. А далее новые узлы «удлиняют» сеть.

В Китае до конца этого года планируется запустить квантовую сеть между Пекином и Шанхаем длиной около 2 тыс. км. А в США ведутся работы над квантовой сетью между Огайо и Вашингтоном протяженностью 650 км.

Для передачи на многие сотни и тысячи километров идеальным решением могла бы стать пересылка ключей «по воздуху» на спутники связи.

Китай планирует запустить спутник, который, возможно, станет первым звеном сети нового поколения, сообщает 31.07.2016 HI-news.ru. С помощью аппарата QUESS весом 600 килограммов, который планируется вывести на орбиту в августе этого года, ученые собираются провести первый квантовый эксперимент в космосе, который в перспективе может открыть дверь к появлению «квантового космического интернета».
Специальный кристалл, находящийся на борту космического аппарата QUESS, будет генерировать пары «запутанных» фотонов и запускать их на принимающие станции, находящиеся в Китае и Австрии. Наземные научные команды посмотрят, остаются ли эти фотоны связанными, даже если их разделяет расстояние в 1200 километров.

Метод квантовой запутанности способен совершить настоящую революцию в криптологии. Поскольку изменение одного запутанного фотона мгновенно меняет свойства другого фотона этой пары, эти фотоны могут использоваться для создания ключей шифрования. Другими словами, любое воздействие на один фотон будет изменять состояние другого фотона, что, в свою очередь, будет указывать на появление дыры в защите.
Эксперимент планируется проводить в течение около двух лет, однако, как считает физик Чаоян Лю, «если первый спутник покажет хорошие результаты работы, Китай определенно запустит еще несколько аналогичных аппаратов». По расчетам специалиста, для создания полноценной защищенной квантовой системы космических коммуникаций потребуется около 20 подобных космических аппаратов.

Аналогичные разработки ведут канадские ученые, которые планируют создавать запутанные фотоны и «стрелять» ими с Земли в крошечные микроспутники «кубсаты» на околоземной орбите. Итальянские специалисты, в свою очередь, планируют запускать запутанные фотоны с зеркал, установленных на уже находящихся на орбите спутниках.

Другие источники: Cnews.ru, Lenta.ru


Квантовая физика и Буддизм

Мир не такой, какой мы его видим.



Поделиться:

Квантовый компьютер

Основным элементом квантовых вычислительных систем являются квантовые биты, или кубиты. В то время как элементы классических компьютеров (биты) могут находиться только в двух состояниях (логический ноль и логическая единица), кубиты создаются на основе квантовых объектов, которые могут находиться в когерентной суперпозиции двух состояний, а значит, могут кодировать промежуточные состояния между логическим нулём и единицей.
Квантовые компьютеры смогут решать некоторые задачи, которые сейчас абсолютно недоступны даже для самых мощных классических суперкомпьютеров. Дело в том, что с ростом количества использующихся квантовых битов число обрабатываемых одновременно значений увеличивается в геометрической прогрессии. Результат — огромная скорость выполнения сложных задач.
Раньше сверхпроводящие кубиты «выживали» наносекунды, а теперь их удаётся удержать от декогеренции уже миллисекунды — это близко к тому времени, которое необходимо для вычислений. Но в случае с системой из десятков и сотен кубитов задача становится принципиально сложнее.
Российские ученые из Московского физико-технического института (МФТИ) и Российского квантового центра для решения проблемы предлагают использовать многоуровневые квантовые системы — кудиты. В таких объектах число возможных состояний (уровней) больше двух, а поэтому каждый кудит способен работать как несколько «обычных» кубитов. Скажем, кудит с тремя-четырьмя уровнями может работать как система из двух «обычных» кубитов, а восьми уровней достаточно, чтобы имитировать трёхкубитную систему.
Исследователи показали, что на единственном кудите с пятью уровнями, реализованном с помощью искусственного атома, уже можно осуществлять полноценные квантовые вычисления.

Источник: Subscribe.ru, 25.07.2016


«Закрутить» свет в спираль

Учёным из университета Баффало (США) впервые удалось создать миниатюрный лазер, испускающий свет, «закрученный» в спираль, который позволит в разы ускорить интернет, сообщает журнал Science.
Специалисты утверждают, что им удалось решить одну из важнейших проблем современной IT-индустрии – «закрутить» свет в спираль, чтобы «уплотнить» передаваемую информацию внутри оптоволокна и добиться дальнейшего ускорения интернета. Спиральный лазерный луч, по словам учёных, позволяет передавать в четыре раза больше информации, затрачивая то же самое количество энергии, что и обычный поляризованный свет.
Физики из Баффало под руководством Лян Фэна создали миниатюрную «лазерную» версию оптической воронки — экзотического устройства, способного превращать обычный неполяризованный луч света или лазера в закрученную в спираль структуру. Подобные приборы создавались и раньше, однако это были сложные и громоздкие устройства, которые невозможно уменьшить до размеров микросхемы.
Команда Фэна решила эту проблему при помощи особых колец-резонаторов, основанные на эффекте шепчущих галерей, секрет которых известен человечеству еще со времен Средневековья. Этот феномен возникает в эллиптических или круглых помещениях — звук в окрестностях стен таких построек распространяется особым образом, благодаря чему даже тихий шепот можно легко услышать у стенки в противоположном конце здания.
Как недавно выяснилось, шепчущие галереи способны генерировать «закрученное» электромагнитное излучение, однако его нужно извлечь и заставить двигаться по спирали. Фэн и его сотрудники осуществили этот трюк, используя набор из зубцов из сплава индия, галлия, мышьяка и фосфора со строго отмеренной толщиной и длиной, приклеенных к кольцу резонатора.
По словам исследователей, подобная структура генератора оптической воронки легко может быть уменьшена до нескольких микрометров.

Источник: STRF.ru, 29.07.2016

Наверх
   
Яндекс цитирования
При любом использовании материалов сайта прямая ссылка на www.bizhit.ru обязательна. © 2010 - 2016 гг. Материал сайта, в том числе реклама, не является публичной офертой.
Обратная связь

Администрация сайта не гарантирует точности и полноты предоставленных материалов. До принятия каких-либо решений уточните информацию из официальных источников.
Сделать бесплатный сайт с uCoz