Блог компании ГК ITGLOBAL.COM. Квантовый интернет — это революционная сеть, которая способна изменить подход к вычислениям, коммуникациям и измерениям. С помощью квантового интернета можно будет мгновенно обмениваться информацией и создавать мощные приложения — от сверхточных медицинских процедур до сложных финансовых моделей и улучшенных астрономических исследований.

Несмотря на технические сложности, быстрые инновации указывают на то, что потенциал квантовых технологий может быть раскрыт уже в ближайшие десять лет. В этой статье мы постарались разобраться, какие из стран вероятнее всего станут лидерами новой отрасли.

Исследования европейских ученых

В мае 2023 года доктор Бенджамин Ланьон вместе с коллективом Университета Инсбрука достигли важного прорыва в квантовых технологиях. Они построили квантовый узел-ретранслятор для стандартной длины волны телекоммуникационных сетей и смогли передать квантовую информацию на десятки километров.

Рассмотрим подробнее результаты исследования ученых.

• Передача квантовой информации. Доктор Ланьон успешно передал данные на расстояние 50 километров по оптическому волокну, опираясь на принципы квантовой физики.
• Использование запутанных фотонов. Эксперимент включал в себя «запутанные» фотоны, которые могут мгновенно обмениваться информацией на расстоянии. Их свойство позволяет ускорять передачу данных благодаря одновременной отправке групп запутанных фотонов.
• Разработка квантового повторителя. Повторитель — это критически важный элемент для квантовой связи на дальние расстояния. Он функционирует как полноценный сетевой узел: создает запутанность с фотонами на стандартной частоте телекоммуникационных сетей и осуществляет операции обмена запутанностью.
• Решение проблемы потери фотонов. Одно из препятствий для квантовой связи на большие расстояния — это увеличение вероятности потери фотонов. Квантовый повторитель решает эту проблему. Он создает запутанность в независимых сетевых каналах, которые затем соединяются обменом запутанностью, распространяя ее на большие расстояния.
• Масштабирование квантовой связи. Успешная передача квантовой информации на 50 километров вдохновила доктора Ланьона и его команду на расширение квантовой связи до 500 километров. Кроме того, команда усовершенствовала дизайн, который в перспективе может обеспечить передачу данных на расстояние более 800 километров, связывая такие города, как Инсбрук и Вена.

Варианты применения квантового интернета

Квантовый интернет открывает перед человечеством революционные возможности в различных сферах. В медицине удаленные операции станут более точными благодаря защищенной связи и точной синхронизации времени. Исследование показало, что с помощью квантовых сетей можно уменьшить ошибки во времени при операциях с 200 до 5 миллисекунд.

В астрономии квантовые сети позволят телескопам из разных стран координировать наблюдения и получать изображения с высоким разрешением. Например, сеть телескопа Event Horizon Telescope сможет улучшить разрешение изображений черных дыр с 25 до 5 микроарксекунд. В финансах, как выяснила компания JP Morgan, квантовые алгоритмы могут сократить время анализа рисковых сценариев с нескольких часов до нескольких минут.

Многие из этих возможностей еще предстоит исследовать, но уже очевидно, что квантовые технологии могут изменить мир и предоставить человечеству инструменты, которые пока недоступные для современных сетей.

Квантовая запутанность и безопасность данных

Ключевая особенность квантового интернета — его высокий уровень безопасности, который возможно достичь с помощью квантовой запутанности. Когда две частицы оказываются в состоянии запутанности, их взаимодействие настолько тесное, что любое воздействие на одну из них мгновенно влияет на другую, вне зависимости от расстояния между ними.

Иллюстрация квантовой запутанности между двумя частицами (фотонами)

Процесс запутанности можно использовать для создания надежного ключа шифрования между двумя участниками коммуникации. Если кто-то попытается перехватить информацию, запутанность нарушится, и обе стороны об этом узнают.

Считается, что такие квантовые ключи невозможно взломать даже с помощью мощных квантовых компьютеров в будущем. В отличие от традиционных сетей, основанных на математической сложности, квантовый интернет использует принципы физики для гарантированной защиты данных. Таким образом, благодаря квантовой запутанности, возможны коммуникации с абсолютной криптографической надежностью.

Участники квантовой гонки

Китай открыл самый быстрый программируемый квантовый компьютер в мире и разработал алгоритм, способный взломать шифрование с открытым ключом. Сумма инвестиций в квантовые исследования превысила 10 миллиардов долларов. Государство планирует запуск квантовой спутниковой сети.

США активно участвуют в квантовой гонке. Серьезность намерений подтверждает Закон о Национальной квантовой инициативе и сотрудничество с Великобританией и Австралией в области военных приложений квантовых технологий. Плановые инвестиции в размере 1,2 миллиарда долларов на квантовые исследования должны ускорить их разработку и применение.

В Европе существуют программы Horizon Europe, Digital Europe и Quantum Internet Alliance. В альянс QIA вошли более 20 ключевых университетов, научных институтов и компаний Европы. Его финансирование составляет 24 миллионов евро на протяжении 3,5 лет. У стран Евросоюза есть планы по созданию передовых пилотных квантовых компьютеров к 2023 году в рамках EuroHPC JU, а также инвестированию 1 миллиарда евро в квантовые исследования до 2024 года.

Россия тоже активизировала усилия по развитию квантовых технологий. В 2022 году был зафиксирован прирост количества патентов по квантовым технологиям. Государство инвестировала 4,5 миллиарда рублей в 2023 и 2024 годах на расширение квантовой коммуникационной сети, а также получило дополнительные средства от Росатома в размере более 6 миллиардов рублей. В 2024 году Россия планирует создать Национальную квантовую лабораторию для разработки квантового компьютера.

Международное сотрудничество будет способствовать развитию квантовых технологий

Сейчас гонка в области квантовых технологий находится на пике интенсивности, но пока ни одна страна или союз стран не стал ее лидером. Китай и США опережают другие страны по объему инвестиций, но такие проекты ЕС как Quantum Internet Alliance показывают преимущества международного сотрудничества, которое компенсирует отсутствие ресурсов.

Технические достижения, например, исследования доктора Ланьона в Европе, подтверждают, что теоретические идеи становятся реальностью. Тем не менее, их практическая реализация занимает много времени. Первые приложения могут быть специфичными, а их массовое применение ожидается только через 10–15 лет.

Можно предположить, что в ближайшем будущем ученые разных стран будут объединяться ради совместных исследований в области квантовых технологий, преодолевая геополитические барьеры.