Paieška
LIETUVAGIMTASIS KRAŠTASISTORIJAEKONOMIKAKOMENTARAIPASAULISŠEIMA IR SVEIKATAŠVIETIMAS
ŽMONĖSKULTŪRASPORTASGAMTA IR AUGINTINIAIĮDOMYBĖSMOKSLAS IR ITMULTIMEDIJA
MOKSLAS IR IT

Kaip sukurti naujos kartos internetą

 
2017 10 16 16:20
Mokslininkai žengė didelį žingsnį pasaulinio kvantinio interneto sukūrimo link. Naujo tipo interneto pagrindas - įdomus subatominių dalelių gebėjimas susijungti, nepaisant to, kad yra toli viena nuo kitos ir net skirtingose planetos pusėse.
Mokslininkai žengė didelį žingsnį pasaulinio kvantinio interneto sukūrimo link. Naujo tipo interneto pagrindas - įdomus subatominių dalelių gebėjimas susijungti, nepaisant to, kad yra toli viena nuo kitos ir net skirtingose planetos pusėse. lscienceit.blogspot.lt  nuotrauka

Įsivaizduokite supergreitus kompiuterius, kurie gali išspręsti problemas daug greičiau nei šiandieninės mašinos. Šie kvantiniai kompiuteriai kuriami laboratorijose visame pasaulyje. Tačiau mokslininkai jau žengė kitą žingsnį ir galvoja apie šviesa pagrįstą kvantinį internetą.

Kaip rašo „BBC News“, nelengva sukurti technologiją įrenginiui, kuris dar nėra techniškai išrastas, tačiau kvantiniai ryšiai yra patraukli mokslinių tyrimų sritis, nes ši technologija leis mums kur kas saugiau siųsti pranešimus.

Norint sukurti kvantinį internetą, reikės išspręsti kelias problemas: kad kvantiniai kompiuteriai kalbėtųsi vienas su kitu; apsaugoti ryšius nuo įsilaužimo; perduoti pranešimus dideliais atstumais neprarandant dalies informacijos; siųsti pranešimus per kvantinį tinklą.

Kas yra kvantinis kompiuteris

Kvantinis kompiuteris yra mašina, galinti išspręsti neįtikėtinai sudėtingas problemas neįtikėtinu greičiu. Įprastuose kompiuteriuose informacijos vienetas vadinamas „bitu“ ir gali būti 1 arba 0 vertės. Tačiau jo atitikmuo kvantinėje sistemoje – kubitas (kvantinis bitas) – gali būti tiek 1, tiek ir 0 tuo pačiu metu. Šis reiškinys atveria galimybę atlikti kelis skaičiavimus vienu metu.

Tačiau kubitai turi būti sinchronizuojami naudojant kvantinį efektą, vadinamą susietumu. Albertas Einsteinas jį pavadino „gąsdinančiu veiksmu nuotoliniu būdu“.

Šiuo metu kuriami keturių tipų kvantiniai kompiuteriai. Jie atvers kelius daugybei naudingų programų, pavyzdžiui, modeliuoti įvairias chemines reakcijas ieškant naujų vaistų; kurti naujas vaizdo technologijas sveikatos priežiūros sistemai, kad būtų lengviau nustatyti organizmo problemas, paspartinti baterijų, naujų medžiagų ir lanksčios elektronikos kūrimą.

Kompiuterinės galios sujungimas

Kvantiniai kompiuteriai gali būti kur kas galingesni nei klasikiniai kompiuteriai, tačiau kai kurioms jų programoms reikės daugiau galios nei vienas kvantinis kompiuteris pajėgus pats suteikti. Jei kvantiniai įrenginiai galės bendrauti vienas su kitu, tada bus galima sujungti kelis kvantinius kompiuterius ir sutelkti jų galią į vieną didžiulį kvantinį kompiuterį.

Tačiau šiuo metu yra kuriami keturi skirtingų tipų kvantiniai kompiuteriai, ir jie be pagalbos negalės bendrauti vienas su kitu. Kai kurie mokslininkai teikia pirmenybę kvantiniam internetui, kurio pagrindą sudaro tik šviesos dalelės (fotonai), kiti mano, kad būtų lengviau kurti kvantinius tinklus, kuriuose šviesa sąveikauja su medžiaga.

„Šviesa yra geresnė ryšiams, bet medžiagų kubitus geriau tvarkyti, – sakė BBC Singapūro nacionalinio universiteto Kvantinių technologijų centro tyrimų vadovas Josephas Fitzsimonsas. – Mums reikia ir vieno, ir kito, kad tinklas veiktų ir būtų įdiegtas signalo klaidų taisymas, tačiau gali būti sunku pasiekti šią sąveiką.“

Kvantinis šifravimas

Viena pagrindinių kvantinio interneto programų – tai kvantinio paskirstymo raktas, naudojamas informacijai šifruoti tokiu būdu, kad kvantinis kompiuteris negalėtų įstrigti. Ši technologija jau egzistuoja ir pirmą kartą pademonstruota kosmoso erdvėje Singapūro nacionalinio universiteto ir Stratklaido universiteto (Jungtinė Karalystė) mokslininkų komandos 2015 metų gruodį.

Tačiau reikės sukurti ne tik šifravimo sistemą, kad mūsų informacija būtų saugi kvantinėje ateityje. Mokslininkai taip pat kuria „akluosius kvantinių kompiuterių protokolus“, leidžiančius vartotojui paslėpti, ką jis nori, savo kompiuteryje.

„Galite parašyti ką nors, nusiųsti į į nuotolinį kompiuterį, ir asmuo, kuris jį valdo, nieko negali apie gautą informaciją pasakyti, išskyrus laiko trukmę ir kiek atminties sunaudoja, – sakė J. Fitzsimonsas. – Tai svarbu, nes greičiausiai nebus daug kvantinių kompiuterių, kai jie tik pasirodys, todėl žmonės norės nuotoliniu būdu paleisti programas į juos, kaip šiandien darome debesyse“.

Yra du skirtingi būdai kurti kvantinius tinklus – žemės ir kosmoso. Abu puikiai tinka dabar siųsti reguliarius duomenų bitus internetu, bet jei ateityje norėsime siųsti duomenų kubitus, bus kur kas sudėtingiau.

Šviesos dalelėms (fotonams) siųsti galima naudoti šviesolaidinius kabelius žemėje. Tačiau šviesos signalas blogėja, kai atstumai ilgi, nes šviesolaidiniai kabeliai kartais sugeria fotonus. To galima išvengti kas 50 km pastačius retransliacijos stotis. Jos iš esmės būtų miniatiūrinės kvantinės laboratorijos, kurios bandytų ištaisyti signalą prieš siusdamos jį į kitą tinklo mazgą. Tačiau ši sistema turėtų savų sunkumų.

Žemė ar kosmosas

Dar yra kosmoso tinklai. Tarkime, norite nusiųsti žinutę iš Jungtinės Karalystės draugui į Australiją. Šviesos signalas, išspinduliuotas iš Jungtinėje Karalystėje esančios antžeminės stoties, pasieks palydovą, ant kurio sumontuotas šviesos šaltinis. Tada palydovas siunčia šviesos signalą į kitą palydovą. Šis jį spinduliuoja žemyn į Australijoje esančią antžeminę stotį. Tada pranešimas gali būti perduodamas per antžeminį kvantinį tinklą arba klasikiniu interneto tinklu.

„Tarp palydovų yra beorė erdvė, todėl signalas neblogėja, – sakė dr. Jamie's Vicary's iš Oksfordo universiteto Informatikos katedros. – Jei norime tikrai pasaulinio masto kvantinio interneto, atrodo, kad kosmoso tinklai yra vienintelis veiksmingas sprendimas, tačiau pats brangiausias“.

Kvantinė teleportacija kosmoso erdve sėkmingai atlikta, tačiau mokslininkai stengiasi vis ilginti atstumus. Kinijos mokslų akademijos mokslininkai birželio mėnesį pranešė, kad teleportavo fotonus 1200 kilometrų atstumu iš vieno Kinijos miesto į kitą. Jie naudojo specialiai sukurtą kvantinį palydovą „Micius“.

Tie patys Kinijos mokslininkai neseniai pagerino savo rekordą. Rugsėjo 29 dieną pademonstravo pirmąjį pasaulyje tarpkontinentinį vaizdo skambutį, apsaugotą kvantinio rakto. Vaizdo skambutis 7 700 km atstumu Austrijos mokslų akademijos mokslininkams truko 20 minučių. Šalys galėjo pasikeisti palydovo „Micius“ ir Austrijos fiziologo Erwino Schrödingerio darytomis nuotraukomis.

Austrijos mokslų akademijos Kvantinės optikos ir kvantinės informacijos instituto tyrėjų grupės vadovas Rupertas Ursinas sakė, kad kvantinis internetas turės veikti lygia greta žemės ir kosmoso tinklais.

„Miestuose mums reikia šviesolaidinio tinklo, tačiau tolimas jungtis aprėps palydoviniai ryšiai“, – aiškino jis.

Kaip veikia kvantinio paskirstymo raktas

Norėdami sužinoti, kaip veikia kvantinio paskirstymo raktas, grįžkime prie Austrijos ir Kinijos mokslininkų vaizdo skambučio. Palydovas „Micius“ naudojo savo šviesos šaltinį, kad nustatytų optinius ryšius su antžeminėmis stotimis Austrijoje ir Kinijoje. Tada jis galėjo generuoti kvantinį raktą.

Puikus dalykas, susijęs su kvantifikuotu šifravimu, yra tai, kad galite nustatyti, ar kas nors bandė perimti pranešimą prieš tai, kai jį gavote, ir kiek žmonių bandė jį pasiekti.

„Micius“ galėjo pasakyti, kad šifravimas buvo saugus, ir niekas nesiklausė vaizdo skambučio. Tada duomenis buvo užšifruoti slaptu raktu ir perduoti viešu interneto kanalu.

Pranešimų siuntimas

Kelios mokslininkų grupės tobulina antžeminius tinklus, kurdami technologijas, skirtas kvantinėms retransliavimo stotims, dislokuotoms kas 50 km ir sujungiančioms šviesolaidinius kabelius. Šios stotys, dar vadinamos „kvantinio tinklo mazgais“, turės atlikti keletą veiksmų, kad siųstų ar nukreiptų pranešimus tinklu.

Pirma, kiekvienas mazgas turi ištaisyti ir pagreitinti signalą, pablogėjusį per ankstesnį 50 km tinklo ruožą. Įsivaizduokite, kad naudojate seną fakso aparatą, kad išsiųstumėte vieno puslapio dokumentą, ir kiekvieną kartą, kai siunčiate puslapį, trūksta kurios nors kitos pranešimo dalies. Todėl reikia iš visų išsiųstų dalių atkurti visumą. Panašiai gali būti siunčiamam pranešimui tarp skirtingų kvantinio tinklo mazgų.

Daugybė žmonių bandys kalbėtis tarpusavyje kvantiniu tinklu. Todėl retransliacijos stotis taip pat turės išsiaiškinti, kaip paskirstyti turimą galią, kad būtų įmanoma sujungti visus siunčiamus pranešimus. Ji taip pat turės persiųsti žinutes tarp kvantinio ir klasikinio interneto.

Kvantinė atmintis

Retransliacijos stotims taip pat reikės kvantinės atminties mikroschemos. Australijos nacionalinio universiteto mokslininkai sukūrė su telekomunikacijomis suderintą kvantinę atminties mikroschemą naudodami erbio priemaišų turintį kristalą. Šis prietaisas gali saugoti šviesą tinkamos spalvos ir ilgiau nei vieną sekundę, o tai yra 10 tūkst. kartų ilgiau nei per visus ankstesnius bandymus.

„Šiuo metu didžiausias iššūkis – pademonstruoti kvantinę atmintį, gebančią saugoti daug duomenų, – sakė BBC Australijos nacionalinio universiteto Kvantinių kompiuterių ir ryšių technologijų centro programų vadybininkas Matthew Sellarsas. – Tai bus atminties talpa, kuri ribos duomenų perdavimo greitį tinklu. Manau, kad praeis dar maždaug penkeri metai, kol šį technologija bus taikoma kvantiniam internetui.“

DALINTIS:
 
SPAUSDINTI
MOKSLAS IR IT
Rubrikos: Informacija:
EkonomikaGamta ir augintiniaiGimtasis kraštasGynybaKontaktai
ĮdomybėsIstorijaJurgos virtuvėKomentaraiReklaminiai priedai
KonkursaiKultūraLietuvaMokslas ir ITPrenumerata
PasaulisSportasŠeima ir sveikataŠvietimasKarjera
TrasaŽmonės
Visos teisės saugomos © 2013-2017 UAB "Lietuvos žinios"