Ну вот представьте, наступит светлое время (вряд ли это произойдёт однажды в один день), и у нас на столах будут стоять персональные компьютеры с квантовыми процессорами, или сопроцессорами, или квантовыми вычислительными ускорителями или картами, некоторые считают, что полностью от бинарной парадигмы в вычислениях уходить нельзя.
Тогда надо мутить и квантовый интернет!
Для конечного пользователя практически ничего не изменится, но линии связи станут квантовыми. По факту, смысл создания квантовых сетей заключается, главным образом, в их абсолютной защищённости. И всё. То есть скорее всего, опять же, у нас будут параллельные сети: классические, передающие биты, и квантовые, передающие запутанные кубиты.
Про запутанность мы рассказывали здесь, статья, правда, лишь отчасти про запутанность, но про запутанность мы там всё же разжевали.
Итак, смысл квантовых сетей в том, что с их помощью можно передавать ключи шифрования, в том числе и ключи квантового шифрования, это вообще имба криптографии, при помощи запутанных кубитов. То есть одну из запутанных частиц передают по квантовому каналу, а другая хранится у отправителя, или передаётся ещё кому-то.
Прикол тут в том, что вся эта система, то есть целостность квантовой информации зависит от состава и структуры квантового канала. Это означает, что для успешной передачи квантовой информации надо создать надёжный канал передачи данных, который исключает какие-либо вмешательства до момента окончания передачи информации. Если вдруг в процессе передачи информации структура канала изменится, например, кто-то захочет перехватить ключ шифрования, целостность информации просто разрушится, так как в процессе передачи информации будет происходить процесс измерения квантовых состояний, а для успешной передачи измерения для считывания информации надо проводить исключительно после завершения квантового процесса передачи.
То есть злоумышленники просто уничтожат информацию как у себя, так и у отправителя. В этом и есть весь смысл квантовых сетей. Однако реализовать их довольно сложно. Сами сети построить просто, там используют оптическое волокно, однако по ним надо передавать чуть ли не одиночные фотоны, а не каждое оборудование может осуществлять управляемое излучение одиночных фотонов. И тут на помощь приходят так называемые квантовые излучатели.
Для генерации и манипулирования отдельными фотонами ученые с недавних пор стали использовать квантовые излучатели света, известные ещё как центры окраски. Это, по сути, дефекты атомного масштаба в кристаллических решётках полупроводниковых материалов, и они могут излучать одиночные фотоны фиксированной длины волны и позволяют контролировать взаимодействие фотонов со свойствами электронов.
Недавно группа исследователей из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли продемонстрировала более эффективный метод создания квантовых излучателей с использованием импульсных ионных пучков.
«Центры окраски, которые мы создаем, являются кандидатами на то, чтобы стать основой квантового Интернета и ключевым ресурсом для масштабируемой квантовой обработки информации», — сказал Шенкель, старший научный сотрудник отдела ускорительных технологий и прикладной физики (ATAP) лаборатории Беркли. «Они могли бы поддерживать объединение узлов квантовых вычислений для масштабируемых квантовых вычислений».
Команда фокусировалась на создании особого типа центра окраски в кремнии, состоящего из двух замещающих атомов углерода и слегка смещенного атома кремния. Традиционный метод создания дефектов включает воздействие на кремний непрерывным пучком ионов высокой энергии. Однако исследователи обнаружили, что импульсный ионный луч является более эффективным методом, создавая больше желаемых центров окраски.
«Мы были удивлены, обнаружив, что эти дефекты легче создать с помощью импульсных ионных пучков», — сказал Вэй Лю, научный сотрудник ATAP и первый автор публикации. «В настоящее время промышленность и научные круги в основном используют непрерывные лучи, но мы продемонстрировали более эффективный подход».
Исследователи полагают, что переходные возбуждения, вызванные импульсным лучом, при которых температура и энергетика системы быстро изменяются, играют ключевую роль в эффективном создании квантовых излучателей.
«Расчеты электронной структуры на основе первых принципов стали основным методом понимания свойств дефектов», — добавил Всеволод Иванов, научный сотрудник Molecular Foundry и соавтор публикации. «Мы достигли точки, когда можем предсказать, как поведет себя дефект, даже в сложных средах».
Полученные результаты также предполагают новое применение центров окраски квантовых излучателей в качестве датчиков излучения.
«Это открывает новые направления», — сказал Тан, научный сотрудник Молекулярного литейного завода лаборатории Беркли. «Мы можем сформировать этот центр окраски, просто ударив протоном по кремнию. Мы потенциально могли бы использовать его в качестве детектора темной материи или нейтрино с направленностью, потому что мы видим эти различные поля деформации в зависимости от того, каким образом пришло излучение».
Создание квантового Интернета может иметь огромное значение для будущего информационных технологий. Эта технология обеспечит высокую безопасность передачи данных и откроет новые возможности для развития квантовых компьютеров. Исследования, проведенные командой ученых из Лаборатории Беркли, являются важным шагом вперед в этом направлении и позволяют нам лучше понять, как создавать и использовать квантовые излучатели.
«Мы работаем над новой парадигмой кубитов», — сказал Канте. «Можем ли мы надежно создать данный центр цвета, который будет работать в телекоммуникационном диапазоне, иметь достаточную яркость, не слишком сложен в изготовлении, иметь память и т. д. Мы занимаемся этим поиском и продемонстрировали некоторый впечатляющий прогресс».
«Новые пути формирования центров окраски с использованием интенсивных лучей, открытые в этой работе, представляют собой захватывающее применение условий высокой плотности энергии и науки о плазме для улучшения технологий квантовой информатики», — сказал директор подразделения ATAP Кэмерон Геддес.
Благодарю за чтение! Если понравилась статья, то предлагаю подписаться. А если есть желание поддержать проект более весомо, приглашаю на наш Бусти!