An welchen Quantenprojekten arbeiten russische und ausländische Ingenieure?
/ Unsplash / Shahadat ShemulWas sind Quantennetzwerke?
Quantennetzwerke sind Datenübertragungssysteme, deren Funktionsprinzip auf den Gesetzen der Quantenmechanik basiert. Informationen in solchen Netzwerken werden über Glasfaserkabel mit Qubits - polarisierten Photonen übertragen. Eine der bestimmenden Eigenschaften von Photonen ist die „Fragilität“. Sie
werden beim Lesen
zerstört , so dass Quantennetzwerke kaum zu hören sind. Selbst wenn ein Angreifer einen MITM-Angriff ausführt und eine Verbindung zu einem Datenübertragungskanal herstellt, wird der empfangende Teilnehmer sofort verstehen, dass der Kanal kompromittiert ist, da er "Pakete" mit einer großen Anzahl von Fehlern empfängt.
Quantennetzwerke werden verwendet, um kryptografische Schlüssel zwischen klassischen Computersystemen zu verteilen. Zum Beispiel haben chinesische Ingenieure
im vergangenen Jahr
ein solches System auf den Markt gebracht. Es verwendet Laser, um Daten mit Satelliten im Orbit auszutauschen. Eine ähnliche Technologie wurde 2017
von deutschen Experten
vorgeschlagen - sie nutzten die vorhandene bodengestützte Infrastruktur und Satellitenhardware zur Datenübertragung.
/ Unsplash / Quentin KemmelEin weiterer Anwendungsbereich von Quantennetzwerken ist die
Vereinigung von Quantencomputern. Quantenmaschinen sind bereits in der Lage, einige Probleme schneller zu lösen als klassische Computersysteme - beispielsweise im Bereich des maschinellen Lernens und Modellierens. Wenn Sie Quantengeräte zu Clustern kombinieren, können Sie physikalische und chemische Simulationen weiter beschleunigen (insbesondere um zur Entwicklung komplexer Moleküle für neue Medikamente beizutragen).
Wer entwickelt sie?
An der Entwicklung von Quantennetzwerken waren viele Weltinstitutionen aus Amerika, Europa und Asien beteiligt.
Es wird angenommen, dass das allererste Quantennetzwerk Anfang der 2000er Jahre im Auftrag von
DARPA in den USA entwickelt wurde. Es betreibt und verbindet immer noch mehrere Militärlabors in Massachusetts. Etwa zur gleichen Zeit begannen in Europa Quantennetzwerke aufzubauen. Dann haben die EU-Länder mehrere Millionen Euro in das
SECOQC- Projekt investiert, in dem sie Quantenlösungen entwickeln, um die Sicherheit des Staates zu gewährleisten.
Was wir auf Habré haben:
Eines der Hauptprobleme der damaligen Quantennetzwerke war die Unfähigkeit, ein Photon über eine große Entfernung zu übertragen (es überschritt selten
50 km ). Photonen sind „zerbrechlich“ und können unter Temperatureinfluss leicht zerstört werden (dies ist der sogenannte
Dekohärenz- Effekt). Daher werden heute aktiv Systeme entwickelt, die die Übertragungsreichweite erhöhen können. Beispielsweise
erstellen niederländische Ingenieure spezielle Repeater, die die "Lebensdauer" von Quanten verlängern. Wissenschaftler bauen bereits ein Testnetzwerk zwischen Delft und Den Haag auf. Voraussichtlich im nächsten Jahr werden vier Städte in Europa gleichzeitig miteinander verbunden. Eine ähnliche Technologie wird von Experten der Universitäten von Toronto, Osaka und Toyama entwickelt. Im Februar 2019 führten sie das Konzept eines Quantenrepeaters ein, der (theoretisch) Photonen bis
zu 800 km durchlassen kann.
Die Entwicklungen in diesem Bereich werden von einem Team von Physikern aus den USA und der Schweiz bearbeitet. Ende letzten Jahres wurde
ein Fotodetektor mit einem sehr niedrigen Rauschpegel eingeführt, der es ermöglichte, einen kryptografischen Schlüssel bei einer hohen Datenübertragungsrate auf eine Entfernung von 421 km zu senden. Laut den Entwicklern hat die Netzwerkbandbreite die Leistung ihrer vorherigen Experimente um mehr als das 100-fache übertroffen.
/ CC BY-SA / Hisakuni FujimotoHeute gilt China als absoluter Rekordhalter in Reichweite. 2016 starteten chinesische Ingenieure
einen Quantenkommunikationssatelliten und
sendeten Qubits über eine Entfernung von über 1.200 km. Im vergangenen Sommer führten die Ingenieure über diesen Satelliten
einen sicheren Anruf zwischen der chinesischen und der österreichischen Akademie der Wissenschaften durch.
Wie geht es dir in Russland?
Eines der ersten Quantennetzwerke in unserem Land wurde 2014 von ITMO-Ingenieuren ins Leben gerufen. Zwischen den beiden Gebäuden der Universität wurde Glasfaserkabel verlegt. Zwei Jahre später wurde das
Netzwerk mit Hilfe von Kollegen aus Kasan zu einem Knoten
mit mehreren Knoten - vier Knoten wurden in einem Abstand von 40 km voneinander platziert.
Vor drei Jahren stellten Physiker des RCC - Russian Quantum Center ihr Quantennetzwerk vor. Die Optik wurde zwischen zwei Moskauer Banken verlegt - die Kabellänge betrug 30 km. In diesem Sommer kündigten Physiker des RCC die Schaffung des ersten unternehmensübergreifenden Quantennetzwerks in der Russischen Föderation an. Es verband die Büros von Sberbank, Gazprombank und PwC, einem Unternehmen, das Beratungs- und Prüfungsdienstleistungen anbietet.
Ein weiteres Entwicklungsbeispiel: 2017 führten Spezialisten der Moskauer Staatsuniversität
eine Quantentelefonleitung ein. Sprachinformationen zwischen den Gesprächspartnern wurden über ein 50 km langes Glasfaserkabel übertragen. Für die Verschlüsselung war der 25 km entfernte Quantenschlüssel-Verteilungsserver verantwortlich.
Die Anzahl der Quantenentwicklungen wird weiter zunehmen. Und dies wird große Quantennetzwerke schaffen, die viele Städte des Landes gleichzeitig verbinden. Erst letzten Monat wurden bei Russian Railways Pläne zur Bereitstellung eines Quantennetzwerks mit Datenverschlüsselung
angekündigt . Laut den Initiatoren des Projekts wird es zur Verbesserung der Sicherheit des Schienenverkehrs beitragen.
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