Závodí se o nový internet založený na kvantové fyzice technika

V květnu 2023 udělal Dr. Benjamin Lanyon z Univerzity v Innsbrucku v Rakousku důležitý krok směrem k vytvoření nového druhu internetu: přenesl informace po 50kilometrovém optickém vláknu pomocí principů kvantové fyziky.

Informace v kvantové fyzice se liší od jednotek dat – binárních čísel – které jsou uloženy a zpracovány počítači, které tvoří jádro dnešní World Wide Web. Svět kvantové fyziky pokrývá vlastnosti a interakce molekul, atomů a ještě menších částic, jako jsou elektrony a fotony.

Síla částic

Kvantové bity nebo „qubity“ nabízejí příslib bezpečnějšího přenosu informací, protože částice se mění tím, že jsou monitorovány a měřeny. To znamená, že odposlech nelze odhalit.

Lanyon řekl, že díky jeho práci se zdá, že kvantový internet je možný ve městech, a cílem pak budou delší vzdálenosti mezi městy.

„Umíte si představit, že je to v měřítku velkého města,“ řekl.

Jeho úspěch byl součástí výzkumného projektu Evropské unie, jehož cílem bylo přiblížit kvantový internet k cíli.

Projekt nazvaný Quantum Internet Alliance neboli QIA sdružuje výzkumné ústavy a společnosti po celé Evropě. Iniciativa obdrží 24 milionů eur z finančních prostředků Evropské unie během tří a půl roku do konce března 2026.

„Nemá to nahradit klasický internet, ale spolupracovat,“ řekla Stephanie Weiner, německá státní příslušnice, která koordinuje QIA a profesorka kvantových informací na Delft University of Technology v Nizozemsku. „Nenahradíme Netflix.“

Klíčovým pojmem v kvantové fyzice je zapletení. Pokud existují dvě propletené částice, bez ohledu na to, jak daleko od sebe jsou ve vesmíru, budou mít podobné vlastnosti – například obě budou mít stejnou míru něčeho, co se nazývá „spin“, což je kvantová verze směru, kterým se částice rotují.

Stav rotace částic není jasný, dokud není pozorován. Dokonce i potom jsou v několika stavech nazývaných superpozice.

Ale když je pozorována jedna z nich, stav obou částic se stane známým.

Možností je mnoho

To je užitečné při zabezpečené komunikaci. Lidé, kteří hacknou kvantový přenos, zanechají viditelnou stopu svého pokusu tím, že způsobí změnu stavu pozorované částice.

„Můžeme využít vlastnosti kvantového provázání k dosažení bezpečných komunikačních prostředků, které lze prokázat jako bezpečné, i když má útočník kvantový počítač,“ řekl Weiner.

Bezpečná komunikace poskytovaná kvantovým internetem by mohla otevřít mnohem širší škálu aplikací, které jdou daleko za hranice klasického internetu.

V medicíně například fyzika zapletení umožňuje úroveň synchronizace hodin, která může zlepšit vzdálenou chirurgii.

„Pokud chci provést operaci na vzdáleném uzlu, chci, aby to bylo provedeno velmi přesně, abychom neudělali žádné chyby,“ řekl Weiner.

Astronomie je dalším potenciálním příjemcem.

Dalekohledy provádějící vzdálená pozorování by mohly „použít kvantový internet k vytvoření propletence mezi senzory, aby získaly mnohem lepší obraz oblohy,“ řekl Weiner.

Dalším příkladem může být bankomat.

Pokud v dnešní době dojde k poruše bankomatu, zatímco někdo vybírá peníze, bude automat předpokládat, že nebyla doručena žádná hotovost, zatímco jiný bankomat výběr zaznamená. Kvantový internet může tento rozpor odstranit.

Mnoho aplikací kvantového internetu bude pravděpodobně jasné až po vytvoření technologie.

„Nabízí celou řadu nových možností pro přesná měření prostoru a času a studium toho, jak svět a vesmír fungují,“ řekl Lanyon.

Zkouška na dálku

Trik nyní spočívá v rozšíření kvantového internetu tak, aby používal mnoho částic na velké vzdálenosti.

Lanyon a jeho tým také prokázali, že komunikace neprobíhá pouze mezi jednotlivými částicemi, ale také „řetězci“ částic – v tomto případě světelných částic nazývaných fotony – což urychluje rychlost zapletení mezi kvantovými uzly.

„Pokud vysíláte pouze jeden foton najednou, musíte počkat na dobu cesty,“ řekl. „Ale pokud dokážete vytvořit vlaky z mnoha fotonů najednou, umožní vám to zvýšit rychlost zapletení mezi kvantovými uzly na vzdálenosti, které chceme.“

Konečným cílem je rozšířit kvantové uzly na mnohem větší rozsahy, možná 310 mil (500 km), a vytvořit prototyp kvantového internetu, který by mohl propojit vzdálená města – stejně jako klasický internet spoléhá na různé uzly, aby vytvořil globální internet.

Zatímco kvantový internet by mohl být k dispozici pro specializované aplikace již v roce 2029, odborníci se obávají riskovat odhad, kdy by mohla být k dispozici plná verze pro širší škálu použití.

Zatímco QIA vyvíjí komponenty a systémy pro kvantový internet, Evropa také vyvíjí samotné kvantové počítače.

V červnu 2023 oznámilo partnerství veřejného a soukromého sektoru EU – Evropský společný projekt pro vysoce výkonné počítače –, že šest zemí v Evropě bude hostit kvantové počítače. Zeměmi jsou Česká republika, Francie, Německo, Itálie, Polsko a Španělsko.

Cílem je zajistit, aby Evropa stála v čele revoluce kvantových technologií. Očekává se, že kvantové počítače budou mít nebývalý výpočetní výkon s mnoha možnostmi využití, včetně schopnosti prolomit šifrovací algoritmy, které zajišťují většinu současných internetových burz.

Pole je přeplněné

A s očekáváním, že polovina nejrozšířenějších šifrovacích systémů bude do konce desetiletí prolomena, není Evropa jediným zájemcem.

Čína a Spojené státy dosáhly v posledních letech pokroku v oblasti kvantových počítačů a kvantového internetu.

Vrátíme-li se k infrastruktuře, Evropa podniká další kroky. Vyvíjí integrovanou vesmírnou a pozemní infrastrukturu pro bezpečnou komunikaci – stavební kámen svého druhu pro kvantový internet.

„Jsem velmi hrdý na to, že mohu říci, že jsme světovými lídry v mnoha oblastech,“ řekl Weiner.

Zatímco ve všech zainteresovaných zemích zbývá ještě mnoho práce, potenciální přínosy ukazují na to, že zanedlouho bude dosaženo dalšího pokroku a průlomů.

„Lidé vyvíjejí nové aplikace pro kvantové sítě velmi vysokou rychlostí,“ řekl Lanyon.

Výzkum tohoto článku byl financován Evropskou unií. Toto byl článek sPůvodně publikováno v Horizon, časopise Evropské unie pro výzkum a inovace.

Popsat Náš týdenní zpravodaj Další zpravodajství v angličtině z EL PAÍS USA Edition