量子网络的前景:谁参与其中以及为什么

俄罗斯和外国工程师正在从事什么样的量子项目。


/不溅水/ Shahadat Shemul

什么是量子网络?


量子网络是数据传输系统,其操作原理基于量子力学定律。 此类网络中的信息通过光缆使用量子位-偏振光子通过光纤传输。 光子的定义特性之一是“易碎性”。 它们在读取时会被破坏 ,因此几乎无法听取量子网络。 即使攻击者进行了MITM攻击并连接到数据传输通道,接收方也将立即了解该通道已被破坏,因为它将接收到带有大量错误的“数据包”。

量子网络用于在传统计算系统之间分配加密密钥。 例如,去年,中国工程师启动了这样的系统。 它使用激光与在轨卫星交换数据。 2017年德国专家提出了类似的技术-他们使用现有的地面基础设施和卫星硬件来传输数据。


/不飞溅/ 昆汀·凯梅尔

量子网络的另一个应用领域是量子计算机的联合 。 量子机器已经比传统的计算系统能够更快地解决一些问题,例如在机器学习和建模领域。 如果将量子设备组合成簇,则可以进一步加速物理和化学模拟(特别是有助于开发新药物的复杂分子)。

谁开发它们


量子网络的发展涉及来自美国,欧洲和亚洲的许多世界机构。

据信,最早的量子网络是在2000年代初由DARPA的命令在美国开发的。 它仍在运作并连接马萨诸塞州的几个军事实验室。 大约在同一时间,量子网络开始在欧洲建立。 然后,欧盟国家在SECOQC项目中投资了几百万欧元,他们在其中设计了量子解决方案以确保国家安全。

我们在哈布雷身上拥有的东西:


当时量子网络的主要问题之一是无法长距离(很少超过50 km )传输光子。 光子是“易碎的”,在温度的影响下很容易被破坏(这就是所谓的退相干效应)。 因此,当今正在积极开发可以增加传输范围的系统。 例如,荷兰工程师创建了特殊的中继器,以延长量子的“寿命”。 科学家们已经在代尔夫特和海牙之间建立了一个测试网络。 据推测,明年它将一次连接欧洲的四个城市。 多伦多,大阪和富山大学的专家正在开发类似的技术。 在2019年2月,他们引入了一种量子中继器的概念,该中继器能够传输长达800 km的光子(理论上)。

该领域的发展由来自美国和瑞士的一组物理学家处理。 去年年底,他们推出了一种具有极低噪声水平光电探测器,这使得可以在保持高数据传输率的同时向421公里的距离发送加密密钥。 根据开发人员的说法,网络带宽超出了他们先前实验的性能100倍以上。


/ CC BY-SA / 藤本久国

但是今天,中国被认为是范围内的绝对记录保持者。 2016年,中国工程师发射了量子通信卫星,并在超过1200公里的距离内发射了量子比特。 去年夏天,工程师们使用这颗卫星在中国和奥地利科学院之间进行了安全通话。

你在俄罗斯好吗


ITMO工程师于2014年推出了我国最早的量子网络之一。 光缆被放置在大学的两座建筑之间。 两年后,在喀山同事的帮助下,该网络变成了多节点-四个节点之间的距离为40 km。

三年前,来自RCC的物理学家-俄罗斯量子中心介绍了他们的量子网络。 光学被放置在两个莫斯科银行之间-电缆长度为30 km。 今年夏天,RCC的物理学家宣布在俄罗斯联邦建立第一个企业间量子网络。 它连接了提供咨询和审计服务的Sberbank,Gazprombank和PwC的办公室。

另一个发展示例-2017年,莫斯科国立大学的专家推出了量子电话线。 对话者之间的语音信息通过一条50公里的光缆传输。 为了进行加密,位于25公里处的量子密钥分发服务器负责。

量子发展的数量将继续增加。 这将创建大型量子网络,该网络将立即连接该国许多城市。 就在上个月,俄罗斯铁路公司宣布了部署具有数据加密功能的量子网络的计划。 该项目的发起者认为,这将有助于提高铁路运输的安全性。

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Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN466949/


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