В США тайно тестируют квантовый интернет

Привлекательность квантовых вычислительных сетей заключается в принципиально новом уровне защиты передачи информации. Защита основана на принципе работы квантовых систем: наблюдение системы (на практике — измерение состояния фотона) само по себе приводит к ее изменению. Соответственно, любая попытка перехвата данных будет немедленно раскрыта на стороне приемника сигнала. Одновременно такое свойство сети порождает серьезную проблему: дело в том, что современные прототипы квантовых сетей передают данные только по одному маршруту, грубо говоря, из точки A в точку B, — и сигнал уже невозможно перенаправить в точки C, D, E или F, так как ретрансляция потребует чтения квантов, что приведет к утрате информации.

Источник сообщает, что ученым из Лос-Аламоса удалось решить указанную проблему созданием в квантовой сети особого центрального узла-коммутатора, через который проходит любой сигнал. Дойдя до коммутатора, сигнал из светового преобразуется в электрический. После того как центральный узел направляет сигнал по заданному маршруту, на выходе из коммутатора он опять преобразуется в поток фотонов. Специалист по квантовой теории управления, Александр Печень, к.ф-м.н., научный сотрудник Математического института им. В. А. Стеклова РАН и израильского Института Вейцмана, пояснил Digit.ru: «Проблему громоздкости и высокой цены фотонных детекторов в лаборатории удалось решить, установив их только на центральном хабе для приема квантовой информации от узлов сети, а в узлах их убрали, использовав лазеры». Таким образом, число детекторов, самых дорогих компонентов, не зависит от числа узлов сети, что значительно удешевляет стоимость конструкции c большим числом сегментов.

Возможность построения квантового интернета редакция Digit.ru попросила прокомментировать ученых, работающих в области квантовых технологий. Юджин Ползик, член исполнительного комитета Российского квантового центра, отметил, что сеть, построенная Хьюзом и коллегами, не решает главную проблему квантовых соединений — ограничение в 50-100 км, в пределах которых происходит надежная передача данных. Такие результаты были получены и ранее несколькими научными группами. С точки зрения физики, это обычные двухсторонние квантовые каналы, связывающие двух абонентов, просто они соединены через центральный маршрутизатор. При этом защищенность информации в центральном хабе совершенно классическая.

Ползик отметил, что ограничение на дальность передачи квантовой информации опять-таки связано с невозможностью ее копировать, а значит и усилить с помощью классического маршрутизатора или усилителя. Он подытоживает: «Это полезная сеть, но не является прорывным изобретением. Реальным открытием стало бы создание квантового усилителя (или квантового маршрутизатора, как его называют авторы научной статьи), который потребовал бы эффективного хранения и извлечения фотона из квантовой памяти — необходимого компонента гипотетического квантового усилителя». Ученый добавляет, что хотя многие ученые в мире работают над таким устройством, пока никому не удалось продемонстрировать подобный аппарат для использования в реальных условиях.

«Я верю, что создание квантового усилителя произойдет в ближайшие пять лет, что сделает возможным создание протяженных сетей, защищенных законами квантовой механики», — заключает Ползик.

Печень также считает вышеописанную сеть вполне реальной, но предупреждает: «Это не полноценная квантовая сеть. Схема использует центральный маршрутизатор, который может принимать квантовую информацию (в данном случае так называемые одноразовые блокноты). Маршрутизатор считывает информацию, определяет адресата и запрашивает у адресата одноразовый блокнот. Дальше он шифрует информацию с помощью этого второго блокнота и передает ее адресату по классическому каналу. В результате в схеме есть уязвимое звено — „классические“ маршрутизаторы».

Печень подчеркивает, что достоинства этой схемы — технологические, такие как низкая стоимость, миниатюризация, масштабируемость, и т.д. Он считает, что эта схема по надежности эквивалентна квантовой сети только в том случае, если обеспечена защищенность маршрутизатора — например, у авторов статьи устройство расположено в здании, куда предполагается невозможным проникновение злоумышленников.

«Таким образом, фундаментально это не полноценная квантовая сеть, но при надежности центрального хаба она может получить применение», — уверен Печень.