Kvantový internet a distribuce kvantově provázaných fotonů

Zabezpečení přenášených informací pomocí kvantově provázaných fotonů je neprolomitelným řešením budoucího internetu. Problém je ale v distribuci.

Zabezpečení informace při přenášení z jednoho místa na druhé je v poslední době stále důležitější otázkou. K prolomení šifrování či zabezpečení lze využít výpočetní výkon nebo chyby. V případě využití kvantově provázaných fotonů jsou ale oba tyto typy útoků eliminovány a napadení je dle současných zákonů nemožné.

Než budeme mít ale kvantové počítače a kvantový internet, je potřeba vyřešit několik problémů a jedním z nich je distribuce kvantově provázaných fotonů.

Vývoj kvantového internetu

Vědci už pracují na vývoji budoucího kvantového internetu poměrně dlouho, alespoň z pohledu jednotlivých částí. Dostat dokonale zabezpečenou zprávu mezi dvěma body je stále nutnější a systém kvantově provázaných fotonů zajišťuje zatím neprolomitelnou ochranu.

Kvantové provázání má hlavní výhodu pro bezpečný přenos informací -nemožnost pozměnit či přečíst vygenerované klíče pro šifrování a dešifrování bez toho, aniž by o tom jedna ze stran věděla. Jakákoli změna u jednoho z kvantově provázaných fotonů se okamžitě projeví i na druhém, nezávisle na vzdálenosti. I když už je technologie výroby kvantově provázaných fotonů poměrně dlouho použitelná a relativně odladěná, problém nastává v jejich distribuci k jednotlivým bodům, které mezi sebou mají takto zabezpečenou komunikaci.

Složitá distribuce

U nejcitlivějších informací už některé vládní organizace používají kvantové klíče, jejich distribuce a využití je v dnešní době ale samozřejmě složité a drahé. Kvantově provázané fotony totiž ani v kompatibilních optických sítích neudrží provázanost více než sto kilometrů, protože jsou postupně pohlcené.

Ve vývoji jsou ale už kvantové opakovače, které dokáží udržet kvantové provázání u jednotlivých fotonů a dosáhnout tak na větší vzdálenost. Pracují ale při teplotách blízkých absolutní nule, což je poměrně náročné na stavbu složitější sítě.

Klepněte pro větší obrázek
Jednoduchým způsobem pro přenesení kvantově svázaných fotonů je kvantová paměť z krystalů uzavřená ve speciálních chlazených a napájených boxech. Pak už stačí naložit na běžné prostředky, třeba loď (Zdroj: Quantum networking)

Nejjednodušší způsob, který ale samozřejmě není použitelný pro budoucí kvantový internet, je fyzický přenos kvantově provázaných fotonů v kvantové paměti. To znamená fyzické přemístění pomocí automobilu, letadla a dalších prostředků.

Satelitní přenos

Vědci z kanadské univerzity v Calgary ale vymýšlí systém, který by pro distribuci kvantově provázaných fotonů používal systém satelitů a optických snímačů na Zemi.

Klepněte pro větší obrázek
Architektura systému, který využívá pro výrobu kvantově svázaných fotonů satelity a přijímače s teleskopy na Zemi. Zkratky - QND: kvantově nedestruktivní snímací zařízení, QM: kvantová paměť (Zdroj: Entanglement over global distances)

Takové satelity obíhající kolem Země v LEO by obsahovaly generátory kvantově svázaných fotonů, které by pomocí optického spojení dokázaly poslat na jakékoli místě na planetě s připraveným optickým snímačem, který by byl pro tyto fotony přizpůsoben.

Podle plánů stačí i teleskopy s průměrem kolem jednoho metru, přičemž do nejbližší vzdálenosti lze už tyto fotony přenášet pomocí kompatibilní optické sítě. Pro vytvoření a distribuci mezi vzdálenými místy na planetě se ale použije satelit a v něm vyrobené kvantově svázané fotony.

Problém u tohoto řešení je v nemožnosti vylepšení technologie v satelitu, který už není fyzicky dostupný. Jak ale v podrobném dokumentu zmiňují, možný by měl být i systém satelitů, který pouze předává kvantově provázané fotony, přičemž jejich výroba je stále prováděné v přístrojích na Zemi a jsou vysílány optickým spojením do satelitu, který je předá na druhé místo.

Bezpečnost nade vše

Už teď je docela jasné, že i internet se jednou stane kvantovou sítí, zabezpečení nejvyšší Klepněte pro větší obrázekúrovně s použitím kvantově provázaných fotonů jsou dnes už v omezeném měřítku používané. DARPA představila první funkční síť s kvantovým šifrováním už v roce 2003, takže jde o poměrně „starou“ technologii. Ostatně podobný scénář byl i u klasického internetu.

Pro použití ve větším měřítku je ale nutné řešit zmíněné distribuční problémy. V případě většiny dnešních přenosů je dostačující standardní ochrana a šifrování, ale jak se ale budou zlepšovat výpočetní možnosti a technologie, bude nutné zlepšovat zabezpečení.

A stejně jako v minulosti lze očekávat, že na kvantové šifrování nejdříve přejdou velké společnosti, obzvláště ty, které centrálně spravují i více než miliardu uživatelů a jednou se pravděpodobně dočkáme kvantového šifrování i v rámci běžného spojení mezi uživateli.

Témata článku: Technologie, Internet, Kvantové počítače, Quantum, Calgary, Satelitní přijímače

22 komentářů

Nejnovější komentáře

  • thegrid 8. 11. 2014 11:34:29
    Umí někdo vysvětlit princip? Chápu to tak ze se vyšlou dva provázané...
Určitě si přečtěte

Operační systém běžným počítačům nedal Bill Gates, ale Gary Kildall

Operační systém běžným počítačům nedal Bill Gates, ale Gary Kildall

** Gary Kildall pochopil, že levné výpočetní čipy mohou posloužit jako univerzální počítače pro všechny ** Připravil pro ně proto první operační systém ** Později mu systém vyfoukl Microsoft a nazval ho MS DOS

23.  4.  2017 | Pavel Tronner | 57

Umělá inteligence je sice v plenkách, už teď ale přestáváme rozumět, jak vlastně funguje. To je problém

Umělá inteligence je sice v plenkách, už teď ale přestáváme rozumět, jak vlastně funguje. To je problém

** Už je to tady, lidé přestávají chápat počítače ** Systémy neuronových sítí začínají pracovat tak, že ani jejich tvůrci přesně neví, co se uvnitř děje ** Do budoucna to může být závažný problém

24.  4.  2017 | Jakub Čížek | 112

Před 35 lety měl premiéru legendární počítač ZX Spectrum. Připomeňte si „Gumáka“

Před 35 lety měl premiéru legendární počítač ZX Spectrum. Připomeňte si „Gumáka“

** Slavný osmibitový počítač Sinclair ZX Spectrum byl uveden právě před 35 lety ** Připomeňte si tento průkopnický počítač v tematických článcích ** Podívejte se, jak funguje dnes

23.  4.  2017 | Pavel Tronner | 13

Acer chrlí novinky: levný a tenký Predator, nové Switche a další notebooky

Acer chrlí novinky: levný a tenký Predator, nové Switche a další notebooky

** Acer na konferenci v New Yorku představil velkou spoustu novinek z oblasti počítačů, notebooků i monitorů ** Notebookové novinky se dotkly řad Predator, Swift, Switch i Aspire ** Herní notebooky dostaly nový typ chlazení

27.  4.  2017 | Karel Javůrek | 7

Správný počítač má alespoň dva monitory. Anebo je to jinak?

Správný počítač má alespoň dva monitory. Anebo je to jinak?

** David si nedokáže představit práci bez dvou a více monitorů ** Kubovi naopak stačí jeden a ve více displejích se ztrácí ** Jaký přístup je lepší?

23.  4.  2017 | Jakub Čížek | 59


Aktuální číslo časopisu Computer

Supertéma: moderní cestování

Kdy opravdu přijdou nové baterie?

Velké testy: 6 herních notebooků a 8 volantů

Recenze: AMD Ryzen řady 5