Quantum İnternet nedir? Kuantum ağlarının geleceği hakkında bilmemiz gereken her şey

İlk bakışta kuantum İnternet bir bilim kurgu konusu gibi görünebilir; Ancak kuantum ağları oluşturmak, dünyadaki birçok ülkenin en önemli hedeflerinden biridir. ABD Savunma Bakanlığı (DoE), önümüzdeki birkaç yıl içinde kuantum İnternet hayalini gerçekleştirmek için kısa süre önce adım adım stratejisini açıkladı. Amerika Birleşik Devletleri, kuantum iletişiminin geliştirilmesi için Avrupa Birliği ve Çin ile rekabet ediyor. Şimdi şu soru ortaya çıkıyor: Kuantum İnternet tam olarak nedir? nasıl çalışır? Hedefleri ne olacak?

Quantum İnternet nedir?

Kuantum İnternet, kuantum mekaniğinin garip yasalarını kullanarak kuantum cihazları arasında bilgi alışverişine izin veren bir ağdır. Teorik olarak, kuantum İnternet, bugün Web’de uygulanması imkansız olan benzeri görülmemiş yeteneklere sahip olacak. Kuantum dünyasında, veriler kübit durumunda şifrelenir. Qubit durumları, bilgisayarlar veya kuantum işlemciler gibi kuantum cihazlarda oluşturulabilir. Basitçe ifade etmek gerekirse, kuantum İnternet, fiziksel olarak birbirinden bağımsız birkaç kuantum cihazından oluşan ağlarda kübitlerin aktarımıdır. Tüm bu bağlantılar, kuantum durumlarının tuhaf ve benzersiz özellikleri sayesinde gerçekleşir.

İlk bakışta kuantum İnternet, standart İnternet gibi görünebilir; Ancak klasik bir kanal yerine bir kuantum kanalında kübit göndermek, daha küçük ölçekte veya kuantum durumlarında bitlerin davranışını iyileştirmek anlamına gelir. Kuantum İnternette veri iletme yöntemini tanımlayan kuantum fiziği yasalarının henüz tam olarak anlaşılmadığını söylemeye gerek yok. Aslında tamamen tuhaf ve hatta bazen doğaüstü göründükleri söylenebilir. Bu yüzden, 0.2 İnternet kuantum ekosistemini anlamak için klasik bilgi işlem hakkında bildiğiniz her şeyi unutmak en iyisidir; Çünkü kuantum internet, en sevdiğiniz web tarayıcılarına pek benzemiyor.

Kuantum değiştirilebilir bilgi

Kısacası, kuantum İnternet ile çok fazla bilgi alışverişi yapılamaz. Örneğin, en azından önümüzdeki birkaç on yıl boyunca kuantum yakınlaştırma oturumlarını beklememelisiniz. Qubit’ler kuantum iletişiminin merkezindedir ve kuantum mekaniğinin temel yasalarını kullanır ve davranışları klasik bitlerden çok farklıdır.

Veri şifreleme için klasik bit, iki moddan yalnızca birindedir. Tıpkı bir ışık anahtarı gibi, kapalı veya açık, canlı veya ölü ve sıfır veya bir; Ancak kübitler farklı davranır. Özel koşullar karşılanırsa, kübitler aynı anda hem sıfır hem de bir olabilir. Klasik dünyada böyle bir durum yok.

Bir kübitin performansını ölçmek için, ona bir durum atfedilmelidir ve bu, çelişkinin ortaya çıktığı yerdir. Kübitin ölçülmesi, onun ikili durumdan çıkmasına ve klasik bit gibi sıfır veya bir durumda olmasına neden olur. Bu fenomene برهم‌نهی Kuantum mekaniğinin temellerinden biri olduğu söyleniyor. Qubits, e-postalar veya WhatsApp mesajları gibi tanıdık verileri aktarmak için kullanılamaz; Ancak kübitlerin tuhaf davranışı, diğer alanlarda geniş fırsatlar sağlayacaktır.

Kuantum güvenli iletişim

Kübitlerin en tuhaf dallarından biri güvenliktir. Klasik iletişimde çoğu veri, alıcıya ve gönderene paylaşılan bir anahtarın dağıtılması ve ardından mesajı şifrelemek için paylaşılan bir anahtarın kullanılmasıyla güvence altına alınır. Alıcı daha sonra verilerin şifresini çözmek için anahtarı kullanabilir. Çoğu güncel klasik iletişimin güvenliği, bir anahtar oluşturma algoritmasına dayanır. Bu anahtara bilgisayar korsanlarının erişmesi zordur; Ama imkansız değil; Bu nedenle, araştırmacılar iletişimi ölçmeye çalışırlar. Bu kavram, ortaya çıkan siber güvenlik alanının merkezinde yer almaktadır. Kuantum Anahtar Dağıtımı (QKD) sözleşme.

QKD yönteminde, her iki taraf da klasik verilerin bir kısmını kriptografik bir anahtarla kübitlere şifreler. Gönderici, kübitleri başka bir kişiye gönderir ve alıcı, anahtar değerlerini elde etmek için kübitleri ölçer. Ölçüm, kübit durumunun çökmesine neden olur; Ancak ölçüm sürecinde değeri okumak çok önemlidir; Sonuç olarak, kübitler anahtar değerlerini aktarmak için kullanılır.

En önemlisi, QKD ile aktarım sırasında üçüncü şahısların gizlice dinlemesini tespit etmek kolaydır; Çünkü saldırgan, kübitlerin sadece onlara bakarak çökmesine neden olabilir. Bilgisayar korsanı herhangi bir yerden kübitlere bakarsa kübitlerin durumu otomatik olarak değişir. Böylece, casusların gizlice dinlemesinin bir izi kalır; Bu nedenle, kriptograflar genellikle QKD’yi tamamen güvenli bir yöntem olarak görürler.

Neden Quantum İnternet?

QKD teknolojisi hala emekleme aşamasında. Şu anda, QKD yapmanın yaygın yöntemi, kübitleri alıcıya tek yönlü bir yönde fiber optik kablolar yoluyla göndermeyi içerir; Ancak bu kablolar, protokolün performansını önemli ölçüde sınırlar. Qubit’ler kaybolur veya fiber optik kablolarda dağılır; Sonuç olarak, hataya meyillidirler ve uzun mesafelerde seyahat etmekte zorluk çekerler. Mevcut deneyler, yüzlerce kilometrelik bir dizi fiber optik ile sınırlıdır. Bu sorunu çözmek için, iki cihaz arasında dolaşma adı verilen başka bir kuantum özelliğinin iyileştirilmesi gerekiyor.

İki kübit etkileşime girdiğinde ve iç içe geçtiğinde, genellikle birbirine bağlı olan ortak özellikleri bulurlar. Kübitler dolaşık durumda olduğunda, bir çift partiküldeki herhangi bir değişiklik diğer partikülde bir değişikliğe yol açar; İki parçacık fiziksel olarak birbirinden ayrılmış olsa bile. İlk kübitin durumu, iç içe geçmiş muadilinin davranışı incelenerek okunabilir. Albert Einstein Bu durumda Hayalet gibi davranış Diyor. Kuantum iletişimi alanında, dolaşıklık, bir kübitten dolaşık çiftine bilgi göndermek için kullanılabilir ve kaynak ile hedef arasında fiziksel bir kanal kurmaya gerek yoktur.

Dolaşıklık nasıl çalışır?

Tanım gereği ışınlanma, iletişim cihazları arasında fiziksel bir ağ bağlantısının olmaması anlamına gelir; Ancak ışınlanma için her şeyden önce, dolanıklığı yaratmak ve sürdürmek gerekir. QKD’yi dolaşıklık yoluyla taşımak için, dolaşık kübit çiftini taşımak ve ardından bunları verici ve alıcı arasında dağıtmak için uygun altyapının oluşturulması gerekir. Bu, şifreleme anahtarlarının değiş tokuşu için bir ışınlanma kanalı oluşturur. Kilitleme kübitlerini yaptıktan sonra, kübit çiftinin yarısını anahtar alıcıya göndermelisiniz. Örneğin, iç içe geçmiş kübitler, fiber optik ağlar üzerinden seyahat edebilir; Ancak bu ağlar, 96 km’ye kadar dolanmayı sürdüremez.

Kuantum İnternette gizlice dinlemek ve hacklemek imkansız

Kübitlerin dolaşması uzun mesafelerde uydu ile korunabilir; Ancak Dünya dışı kuantum cihazlarını kapatmak pahalıdır. Dünyadaki kübitleri etkili bir şekilde bağlayabilen ışınlanma ağları kurmanın hala birçok zorluğu var. Ancak, karmaşık bir ağ ile tüm bu sorunlar çözülecektir; Çünkü mesajı fiziksel altyapıya iletmek için karışık kübitlere ihtiyaç olmayacak.

Aktarım sırasında, kuantum anahtarı üçüncü şahıslar tarafından görünmez kalacak ve onu gizlice dinlemek imkansız olacaktır; Sonuç olarak, başlangıçtan hedefe güvenli bir bağlantı oluşturulur. Bu tür bir altyapı, bankacılık veya sağlık hizmetleri veya hava iletişimi gibi hassas endüstriler için uygundur. Gizli bilgileri kullanan hükümetler de teknolojiyi ilk uygulayanlar arasında olacaktır.

Kuantum internetin diğer uygulamaları

Araştırmacılar QKD’nin normal formunu iyileştirmenin daha basit yollarını bulduklarında, dolanma ihtiyacının ne olduğunu sorabilirsiniz. Örneğin, kuantum tekrarlayıcılar uzun mesafeleri kapsayabilir ve kübitlerin dolanmasını gerektirmez. Bununla birlikte, dolanmanın birçok yeteneği vardır. QKD, kuantum İnternet’in yaygın bir örneği ve hedeflerinden biridir. İç içe geçmiş ağlar, iç içe geçmiş kübitlerin kuantum kümelerini oluşturmanın güvenli bir yolu olarak kullanılabilir.

Araştırmacıların kuantum İnternet’e bağlanmak için özel kuantum donanımına ihtiyaçları yoktur. Aslında, yalnızca tek işlemcili bir işlemci bağlantı kurabilir; Ancak kuantum bilgisayarların sınırlı yetenekleri olduğundan, bilim adamları kuantum süper bilgisayarları oluşturmanın bir yolunu arıyorlar.

Çok sayıda küçük kuantum cihazını birbirine bağlayarak, kuantum İnternet, tek bir kuantum bilgisayarla çözülemeyen sorunları çözebilir. Bu süreç, büyük veri alışverişini ve madde ve yaşam bilimlerinde büyük astronomik deneyler ve keşiflerin yürütülmesini hızlandıracak. Bu nedenle, Google ve IBM gibi teknoloji devleri kuantum mükemmelliğine ulaşmadan önce, bilim adamları bu teknolojinin daha büyük faydalarını anlamaya çalışıyorlar. Kuantum üstünlüğünün tanımına göre, bir kuantum bilgisayar, klasik bilgisayarların çözmesi imkansız veya zor olan sorunları çözebilir.

Şu anda, Google ve IBM’in en gelişmiş kuantum bilgisayarları 50 kbitte çalışıyor. Bu miktar hesaplamaları yapmak ve araştırma problemlerini çözmek için yetersizdir. Ek olarak, bu tür cihazları kuantum dolaşıklığı yoluyla bağlamak binlerce kübitlik kümelere yol açabilir. Birçok bilim insanı için, bu tür bilgisayarları inşa etmek, kuantum İnternet projesinin nihai amacıdır.

Quantum İnternet’in dezavantajları

Quantum Internet, yakın gelecekte veri alışverişi için olağan şekilde kullanılamayabilir. Büyük ölçekli kuantum İnternet, en az birkaç on yıllık teknolojik ilerleme gerektirir. Pek çok bilim insanı kuantum İnternet hayal etse de, şu anda büyük ölçekte geliştirilemez.

Kuantum iletişimi ile ilgili birçok güncel çalışma, kuantum durumları aracılığıyla bilgiyi şifrelemek, sıkıştırmak ve iletmek için en iyi yolları araştırmaya adanmıştır. Kuantum durumları veya durumları da olağanüstü özelliklere sahiptir ve bilim adamları, büyük hacimli verileri ışınlamak için tek bir düğümün kullanılabileceğinden eminler.

Kuantum internet ile e-postaya veya benzeri bilgilere çok benzemeyen ne tür bilgiler gönderilebilir? Aslında, kuantum İnternet’in temel amacı klasik İnternetin yerini almak değildir; Aksine, araştırmacılar kuantum İnternet’i klasik İnternet ile birlikte belirli amaçlar için kullanmayı umuyorlar; Çünkü kuantum İnternet, görevleri klasik İnternet’ten çok daha hızlı gerçekleştirebilir; Günümüzün en iyi süper bilgisayarları için bile gerçekleştirilmesi zor olan görevler.

Kuantum internetin geleceği

Şu anda, bilim adamları kübitler arasındaki dolanma yöntemini biliyorlar ve QKD için dolanıklığı başarıyla iyileştirdiler. Çin, kuantum ağlarına uzun vadeli yatırımcılardan biri ve uydu dolanma rekorunu kırdı. Son zamanlarda, Çinli bilim adamları, 1.200 km gibi benzeri görülmemiş bir mesafede karmaşa yaratmayı ve QKD’yi elde etmeyi başardılar.

Bir sonraki adım, altyapının ölçeğini artırmaktır. Şimdiye kadar gerçekleştirilen tüm deneyler yalnızca iki uç noktaya ayrılmıştır. Bilim insanları, noktadan noktaya iletişim hedefine ulaştıktan sonra, küresel kuantum İnternet üzerinden birbirleriyle iletişim kurabilen birden çok verici ve birden çok alıcı içeren ağlar üzerinde çalışıyor.

Bilim adamlarının temel amacı, uzun mesafelerde çok sayıda iç içe kübit üretmek için üstün yöntemler bulmak ve farklı noktalar arasında aynı anda iletişim kurmaktır. Elbette bu fikrin pratikte uygulanması çok daha zordur. Örneğin, Çin’deki cihazlar ile Amerika Birleşik Devletleri’ndeki cihazlar arasındaki karışıklığı korumak için ara düğümlere ve yeni yönlendirme protokollerine ihtiyaç vardır.

İlgili Makaleler:

Dolaşıklık tartışmasında da her ülke farklı bir teknoloji seçer. Örneğin, Çin uydu teknolojisini seçerken, fiber optik ABD Savunma Bakanlığı için bir önceliktir. Savunma Bakanlığı, iç içe geçmiş kübitler arasındaki uzun mesafeleri kapsayabilen bir kuantum tekrarlayıcılar ağı oluşturmaya çalışıyor.

Amerika Birleşik Devletleri’nde parçacık dolanması, Chicago çevresindeki 84 kilometrelik “kuantum halkasında” fiber optikler tarafından korunur. Bu mesafe için hiçbir kuantum tekrarlayıcıya gerek yoktur ve ağ yakında DoE laboratuvarlarından birine bağlanacaktır. Avrupa’da ise kuantum İnternet stratejisi geliştirmek için 2018 yılında Kuantum İnternet Derneği kuruldu ve geçen yıl 50 km’lik bir mesafeye dolanma sağlandı.

Birincisi ve en önemlisi, kuantum araştırmacılarının ana ve nihai amacı, ağların ölçeğini ulusal ölçekte geliştirmektir ve bir gün bu ölçek uluslararası hale gelecektir. Pek çok bilim adamı, bunun birkaç on yıldan çok daha erken olacağına inanıyor. Kuşkusuz kuantum İnternet, birçok teknik engeli olan uzun vadeli bir projedir; Ancak bu bilimsel yolculuğu değerli kılacak projeden beklenmedik çıktılar da olacaktır. Projeye, şu anda doğru bir şekilde tahmin edilemeyen sayısız kuantum uygulaması eşlik edecek.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *