Že februarja 2020 so znanstveniki iz Nacionalnega laboratorija Argonne pri ameriškem Ministrstvu za energijo in Univerze v Chicagu odkrili, da so dosegli kvantno prepletenost – pri kateri se vedenje para dveh drobnih delcev veže, tako da sta njuni državi enaki – to se je zgodilo na 83,7-kilometrski mreži s kvantom zanke v predmestju Chicaga.
Morda se sprašujete, v čem je ves ta hrup, če niste znanstvenik, ki pozna kvantno mehaniko – torej vedenje snovi in energije v najmanjšem obsegu resničnosti, ki se še posebej razlikuje od sveta, ki ga vidimo okoli sebe.
Raziskovanje raziskovalcev bi lahko bil pomemben korak pri razvoju nove, veliko močnejše različice interneta v naslednjih nekaj desetletjih. Namesto bitov, ki jih uporablja moderno omrežje in jih lahko izrazimo le kot 0 ali 1, bo bodoči kvantni internet uporabil kubite kvantnih informacij, ki lahko dobijo neskončno število vrednosti. (Qubit je enota informacij za kvantni računalnik.)
To bi kvantnemu internetu prineslo veliko pasovno širino in mu omogočilo povezavo izjemno zmogljivih kvantnih računalnikov in drugih naprav ter zagon aplikacij, ki z internetom, ki ga imamo, preprosto ni mogoče.
“Quantum Internet bo postal platforma za kvantni ekosistem, v katerem si računalniki, omrežja in senzorji izmenjujejo informacije na popolnoma nov način, pri čemer zaznavanje, komunikacija in računalništvo dobesedno delujejo kot eno,” pojasnjuje David Aushalom, profesor spintronike in kvantnih informacij na šoli. Molekularni inženiring Pritzkerja na univerzi v Chicagu in višjega sodelavca v Argonneju, ki je vodil projekt kvantne zanke.
Kaj je Quantum Internet?
Zakaj ga torej potrebujemo in kaj počne? Za začetek kvantni internet ni nadomestilo za običajni internet, ki ga imamo danes. Namesto tega je dodatek k temu. Lahko bi poskrbel za nekatere težave, ki motijo trenutni internet. Na primer, kvantni internet bo zagotovil večjo zaščito pred hekerji in kiber kriminalci. Trenutno, če Alice v New Yorku pošlje sporočilo Bobu v Kaliforniji prek interneta, je to sporočilo bolj ali manj v ravni črti od obale do obale. Med potjo se signali, ki nosijo sporočilo, poslabšajo; repetitorji berejo signale, ojačujejo in popravljajo napake. Toda ta postopek omogoča hekerjem, da “razpokajo” in prestrežejo sporočilo.
Kvantno sporočanje nima te težave. Kvantna omrežja uporabljajo lahke fotonske delce za pošiljanje sporočil, ki so imunska na kibernetske napade. Namesto šifriranja sporočila z matematično zapletenostjo se bomo po besedah Raya Newella, raziskovalca iz nacionalnega laboratorija Los Alamos, zanašali na posebna pravila kvantne fizike. S kvantnimi informacijami “jih ne morete kopirati ali razdeliti in jih niti pogledati, ne da bi jih spremenili.” Dejansko preprosto poskušanje prestreči sporočilo uniči sporočilo, kot ugotavlja žični dnevnik. S tem bi bilo vse veliko bolj varno, kot je danes na voljo.
“Koncept kvantnega interneta je najlažje razumeti s konceptom kvantne teleportacije,” pravi Sumit Khatri, raziskovalec na državni univerzi Louisiana v Baton Rougeu. S sodelavci je napisal članek o možnosti vesoljskega kvantnega interneta, v katerem bodo sateliti neprekinjeno oddajali zapletene fotone na zemeljsko površje, kot je opisano v članku Pregled tehnologije.
“Kvantna teleportacija ni takšna, kot bi si lahko zamislil neznanstvenik glede tistega, kar vidijo v znanstvenofantastičnih filmih,” pravi Khatri. „Pri kvantni teleportaciji si dve osebi, ki hočeta komunicirati, delita dva zapletena kvantna delca. Nato lahko pošiljatelj z vrsto operacij pošlje poljubne kvantne informacije sprejemniku (čeprav tega ni mogoče storiti hitreje od svetlobne hitrosti). Ta zbirka skupnih zapletov med pari ljudi po vsem svetu v bistvu predstavlja kvantni internet. Glavno raziskovalno vprašanje je, kako najbolje razporediti te zapletene pare med ljudi, razporejene po vsem svetu. '
Ko bo to mogoče storiti v velikem obsegu, bo kvantni internet postal tako neverjetno hiter, da bodo oddaljene ure sinhronizirane približno tisočkrat natančneje kot najboljše atomske ure, ki so na voljo danes, poroča revija Cosmos. Tako bi bila navigacija GPS veliko bolj natančna kot danes, gravitacijsko polje Zemlje pa bi bilo prikazano tako podrobno, da bi znanstveniki lahko opazili utripanje gravitacijskih valov. Fotoni bi lahko tudi teleportirali z oddaljenih teleskopov vidne svetlobe po zemlji in jih povezali v velikanski virtualni observatorij.
“Planete bi lahko videli okoli drugih zvezd,” pravi Nicholas Peters, vodja skupine za kvantne informacijske znanosti v Nacionalnem laboratoriju Oak Ridge.
Problemi gradnje kvantnega interneta.
Toda preden se lahko kaj od tega zgodi, morajo raziskovalci ugotoviti, kako zgraditi kvantni internet, in glede na čudne lastnosti kvantne mehanike to ne bo lahko. “V klasičnem svetu lahko informacije kodirate in shranite, vendar se ne uničijo,” pravi Peters. “V kvantnem svetu kodirate podatke in ti začnejo propadati skoraj takoj.”
Druga težava je, da ker je količina energije, ki ustreza kvantnim informacijam, res majhna, ji je težko preprečiti interakcijo z zunanjim svetom. Danes “v mnogih primerih kvantni sistemi delujejo le pri zelo nizkih temperaturah,” pravi Newell. “Druga možnost je delo v vakuumu.”
Newell pravi, da za ustvarjanje kvantne internetne funkcije potrebujemo vrsto strojne opreme, ki še ni bila razvita. Zato je težko natančno reči, kdaj se bo začel kvantni internet, čeprav nekateri znanstveniki menijo, da bi se to lahko zgodilo že leta 2030.
