Según investigadores alemanes de
la Sociedad Max Planck , la red cuántica global se implementará en los próximos años. Te diremos qué dificultades hay.
/ Flickr / mike seyfang / cc¿Qué son las redes cuánticas?
Una red cuántica es un sistema de transmisión de datos que funciona de acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica. En tales redes, los datos se intercambian usando qubits. Estos son fotones polarizados transmitidos a través de un canal de comunicación óptica. Para desplegar redes cuánticas globales que cubran todo el planeta, como Internet, los desarrolladores e investigadores tienen que resolver una serie de dificultades. Por ejemplo, una cierta dificultad es la transmisión de fotones a largas distancias debido a su "fragilidad". Hablaremos más sobre este y otros problemas más adelante, pero primero, hablemos sobre por qué deberían crearse redes cuánticas.
¿Cómo pueden ser útiles?
El fenómeno del enredo cuántico une las partículas cuánticas de tal manera que al medir las características de una de ellas, reconocemos automáticamente las características de la segunda. Además, esta conexión persiste incluso a grandes distancias.
Si establece una conexión entre dos puntos, puede generar secuencias de números aleatorios en sus dos extremos. En criptografía, esta característica se utiliza para generar claves de cifrado.
Otra ventaja de las redes cuánticas es la incapacidad de leer los fotones emitidos dos veces. Las leyes de la mecánica cuántica prohíben la "clonación" del estado de las partículas de luz. Al
interceptar un qubit, cambia su valor. Resulta que al intentar "espiar" en un canal de transferencia de datos, los atacantes no podrán extraer ninguna información valiosa. En la salida, obtienen un conjunto aleatorio de números.
Por lo tanto, las redes cuánticas son una protección criptográfica casi absoluta. Casi absoluto, ya que los científicos de Suecia demostraron que
todavía es posible "espiar" en una red de este tipo. Para hacer esto, simule un cifrado cuántico. Los detectores de fotones ignoran las partículas de luz no polarizadas llamadas ceros. Si simula estos ceros en un momento determinado y los envía al receptor, él considerará la señal cuántica (aunque esto no es así).
Puede resolver el problema, pero debe cambiar los principios de los receptores. Una opción es agregar un indicador de intensidad de señal (ya que cambiará con la intervención externa). Pero esto aumentará el costo de escanear redes cuánticas.
Porque es dificil
La "fragilidad" de los qubits, que hace que la comunicación cuántica sea confiable, también presenta desventajas. Los fotones individuales cambian sus estados o simplemente son absorbidos por el medio debido a la interferencia. Por esta razón, puede ser difícil
transmitir un cuanto sobre un cable de fibra óptica en una distancia de más de 100 km.
/ Flickr / Alexandre Delbos / CCAhora las redes cuánticas de fibra se están construyendo utilizando repetidores. Decodifican la información, la codifican nuevamente y la transmiten a otros nodos en una cadena. Sin embargo, de esta forma, los intermediarios también descubren el contenido del mensaje, lo que puede provocar una fuga si uno de ellos se ve comprometido. Hay un problema con el costo: estos repetidores usan
imanes caros y minerales raros .
Es importante tener en cuenta el entorno en el que se desplegarán estas redes. Hay una diferencia significativa entre el laboratorio y las condiciones de "combate". En la ciudad, los cables de fibra óptica se ven afectados por los cambios de temperatura. Esto puede conducir a cambios de fase del fotón y causar errores en la transmisión de datos.
Resolver el problema con la transmisión a largas distancias permitirá la teletransportación cuántica. Los investigadores pueden introducir opcionalmente dos qubits en un estado de enredo cuántico. Un proyecto de la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos
está involucrado en dicho proyecto. Los investigadores están construyendo una red cuántica de diez kilómetros entre la ciudad de Delft y La Haya.
Dichas tecnologías aún se encuentran en las primeras etapas de desarrollo. El hecho es que mantener la "conectividad" durante mucho tiempo es difícil debido al efecto destructivo (llamado
decoherencia ) que el medio ambiente tiene en los cuantos. Es posible mantener el estado de entrelazamiento cuántico por una fracción de segundo.
¿Dónde puedo usar redes cuánticas?
Como hemos dicho, las redes cuánticas son altamente resistentes a las escuchas telefónicas. Por lo tanto, le permiten construir sistemas confiables de distribución de claves criptográficas. Dichas tecnologías ya existen. Por ejemplo, a principios de año, China
lanzó un sistema de distribución de claves criptográficas en el que los datos se transmiten a través de satélites y rayos láser. Un sistema similar fue
propuesto por investigadores alemanes.
Además, las redes cuánticas
deben integrar las computadoras cuánticas en las redes. Se espera que los grupos de máquinas cuánticas aceleren las simulaciones físicas y químicas, por ejemplo, al desarrollar nuevos medicamentos.
También hay casos fuera de la ciencia, como la votación. Tal proyecto se implementó en Suiza: hace unos años, el CERN
ayudó a organizar una red cuántica para las elecciones. Según los expertos del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, además de la confiabilidad, las redes cuánticas permiten implementar nuevos esquemas de votación estratégicos que no están disponibles en la actualidad. Por ejemplo, las personas podrán elegir no un candidato, sino dos a la vez (la segunda opción).
El desarrollo de redes cuánticas involucra a muchas instituciones y organizaciones. Por lo tanto, más y más proyectos de este tipo han aparecido recientemente. Hablaremos sobre desarrollos extranjeros y rusos en esta área en nuestros próximos materiales sobre Habré.
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