Квантовые сети в нашем будущем

Хотя были предложены крупномасштабные квантовые сети, но пока их не существует. Некоторые компоненты таких сетей изучаются, но механизм управления такой крупномасштабной сетью еще не разработан. В статье AVS Quantum Science от AIP Publishing исследователи описывают, как чувствительная ко времени плоскость управления сетью может быть ключевым компонентом работоспособной квантовой сети.

Квантовые сети похожи на классические сети. Информация проходит через них, обеспечивая средства связи между устройствами на расстоянии. Квантовые сети перемещают по сети квантовые биты информации, называемые кубитами.

Эти кубиты обычно являются фотонами. Благодаря квантовым явлениям суперпозиции и запутанности они могут передавать гораздо больше информации, чем классические биты, которые ограничены логическими состояниями 0 и 1. Успешная передача кубита на большие расстояния требует точного управления и синхронизации.

В дополнение к хорошо понятным требованиям к расстоянию и скорости передачи данных, чтобы квантовые сети могли быть полезными в реальных условиях, необходимо учитывать как минимум два других требования.

Один из них - это управление сетью в режиме реального времени, в частности, зависящие от времени сети. Этот метод управления, учитывающий сетевой трафик, успешно использовался в других типах сетей, таких как Ethernet, для обеспечения передачи и приема сообщений в точное время. Это именно то, что требуется для управления квантовыми сетями.

Второе требование - это стоимость. Широкомасштабное внедрение промышленной квантовой сети произойдет только в том случае, если можно будет значительно снизить затраты. Один из способов снижения затрат - использование фотонных интегральных схем.

«Значение квантовых технологий в промышленности должно быть благоприятным, прежде чем они будут приняты, - сказал автор Стивен Буш (Stephen Bush). - В частности, должно существовать «квантовое преимущество», при котором квантовая технология способна превзойти классическую технологию (вычисления, связь или зондирование)».

Пока что ни одна квантовая технология не продемонстрировала такого преимущества, но ученые работают над созданием тестов для достижения этой цели.

«Возможность масштабировать количество соединений квантовых сетей является важным требованием, которое необходимо решить», - сказал Буш.

Одной из областей, представляющих интерес для квантовых сетей, является кибербезопасность. Эти приложения могут включать метод, известный как квантовое распределение ключей, или QKD, когда две стороны совместно используют случайный секретный ключ, известный только им, который может использоваться для шифрования и дешифрования сообщения.

Однако использование QKD потребует стандартизации и сертификации, которые находятся на ранних стадиях разработки.

«Правительственные постановления, предписывающие использование QKD, не могут быть приняты до тех пор, пока не будет достигнут консенсус в отношении того, как безопасность проверяется и сертифицируется доверенной организацией», - сказал Буш.

Несмотря на проблемы, которые необходимо преодолеть, авторы считают, что отрасль обладает технологическими возможностями для создания функционирующих квантовых сетей.

Механизм управления предлагаемой квантовой сетью