Stále slýcháme o kvantových počítačích, na kterých pracují velké technologické společnosti jako IBM, Intel, Microsoft nebo Google a zatím jediný komerčně dostupný kvantový „akcelerátor“ je od D-Wave. K univerzálnímu kvantovému počítači je ještě daleko a i poté se předpokládá, že zpočátku určitě nenahradí klasické počítače, ale bude sloužit jako doplněk pro specifické náročné úlohy.
D-Wave 2000Q: nový model kvantového počítače je až tisíckrát výkonnější než předchozí generace
Podobně je to v případě kvantového internetu. I u něj se pracuje místo s bity rovnou s qubity (kvantový bit), které mohou kromě hodnot 0 a 1 mít hodnotu i mezi tímto rozsahem. Svět kvantové mechaniky ale poskytuje i řadu dalších odlišností, které lze využít jak pro výpočty, tak i pro přenos a zabezpečení informací v síti.
Tým vědců z Delft University of Technology představil roadmapu toho, jak se kvantový internet bude vyvíjet a postupně implementovat v rámci sítí všeho druhu.
Kvantový počítač vs. kvantový internet
Na první pohled se může zdát, že kvantový počítač a kvantový internet jsou silně spjaté technologie, které se navzájem vyžadují. Není tomu tak, protože kvantový počítač nevyžaduje kvantový internet a stejně tak kvantový internet nevyžaduje kvantový počítač.
Čeho se dočkáme dřív? Vědci mají poměrně jasnou představu – dříve dorazí kvantový internet, který lze oproti kvantovému počítači používat už v rámci nižších fází vývoje. Takže zatímco na univerzální kvantový počítač si musíme počkat, až bude skutečně funkční, u kvantového internetu lze používat už jeho jednotlivé schopnosti ještě před tím, než dosáhne finálního stádia vývoje.
Aby vývoj měl nějakou stanovenou linii a tedy poskytoval jasný pohled na to, co musí být dokončeno nejdříve, vytvořili vědci jednoduchý plán, který tvoří šest stádií vývoje a použití kvantového internetu.
6 stádií vývoje kvantového internetu
0 – Zabezpečená síť
Tato fáze ještě není popisována jako kvantový internet, ale spíše jako síť, která využívá šifrovacího klíče a přenáší klasická data. Kvantová mechanika se používá pouze při tvorbě šifrovacího klíče, který pak mají nejen jednotliví uživatelé v síti, ale také poskytovatel sítě (QKD – Quantum Key Distribution). To pochopitelně znamená, že je nutné důvěřovat i poskytovateli sítě.
Tento systém už je nějakou dobu v provozu například v Číně, kde v rámci 2 tisíc kilometrů optických vláken tvoří spojení mezi městy Peking, Šanghaj, Ťi-nan a Che-fej.
1 – Příprava a měření
V této fázi už se začíná pomalu využívat kvantových jevů v rámci uzavřené sítě. Dochází zde k vytváření kvantových stavů fotonů (ale může jít i o elektrony), které jsou posléze odeslány k příjemci skrze optické spojení nebo v rámci laserového pulzu například ze satelitu přes otevřený prostor uvnitř nebo mimo budovu.
Díky tomu mohou dva uživatelé snadno vytvořit zcela zabezpečené spojení, které už nevyžaduje sdílení klíče s poskytovatelem sítě. Lze začít používat i kvantová hesla, která mohou být ověřená, aniž by byla prozrazená na testující straně. Vědci uvádí jednoduchý příklad s bankomatem, který dostane kvantové heslo a ověří, že je platné, aniž by ho potřeboval znát, takže ho nemůže uložit a ani ukrást.
I tato fáze už je funkční, respektive byla úspěšně otestována minulý rok na menší vzdálenost přibližně 1 200 kilometrů mezi dvěma laboratořemi v Číně. Můžeme tedy říci, že na meziměstské úrovni už lze tuto technologii pomalu začít používat.
2 – Kvantově provázané sítě
Zde už přichází na řadu nejsilnější kvantové šifrování, protože se začíná používat jevu v podobě kvantového provázání. Vytvořené spojení díky propojeným kvantovým stavům u obou koncových bodů nelze hacknout, protože jakýkoli zásah znamená zrušení kvantového provázání a stavů. Nevýhodou je, že v této fázi nelze stavy ukládat, takže možnosti použití jsou stále poměrně omezené. Tato fáze už byla rovněž úspěšně otestována v laboratoři.
3 – Kvantové sítě s kvantovou pamětí
Dva uživatelé v síti už mohou získat a také uložit kvantově svázané qubity a díky tomu přenášet kvantové informace mezi sebou. Tato fáze už je připravená pro efektivní komunikaci s velkým množstvím dat, což by mělo umožnit i zabezpečené cloudové kvantové výpočty.
4 a 5 – Kvantové počítače v kvantové sítí
Kvantovou síť už lze v této fázi ve velkém používat i pro kvantové počítače. S tím souvisí i hromadné využívání kvantových počítačů přes cloud, přičemž všechny informace tvořené qubity jsou zcela zabezpečené a nehacknutelné. Přichází na řadu distribuované kvantové výpočty, nové formy aplikací, kvantové senzory a podobně.
6 – Větší vzdálenosti i vyšší rychlosti
Poslední finální fáze zahrnuje vylepšení především v oblasti vzdáleností, na kterých je možné provozovat kvantové sítě a udržovat kvantové stavy za různých okolností. Jednou z důležitých technologií je například kvantový opakovač, který umožní udržet kvantové provázání na větší vzdálenosti - ať už v rámci optického kabelu, tak i laseru v prostoru, což se týká třeba spojení ve vesmíru.
Přichází na řadu i pokročilejší technologie komplexních kvantových sítí nebo také kvantové teleportace, která umožní po uskutečnění kvantového provázání obejít omezení rychlosti světla v rámci celé infrastruktury sítě.
Nejdříve vědci a státy
Podobně jako to bylo u klasického internetu, i u kvantového internetu a kvantových sítí se nejdříve setkáme s nasazením v rámci různých vědeckých projektů a vládních operací.
Vědci totiž mohou pomocí kvantových sítí testovat a vyvíjet i řadu dalších technologií, které doposud nebyly možné. Jedná se například o měření gravitačních vln s mnohem vyšší přesností (kvantové hodiny), různé simulace kvantové fyziky a podobně.
Jak na internetu surfovat anonymně: osvědčené způsoby na zametení stop
Z pohledu zabezpečení dat je kvantový internet důležitý především na vládní úrovni. Nelze se tak divit tomu, že Čína masivně investuje právě do kvantových sítí a výzkumu v této oblasti. Zatímco čínská laboratoř ve městě Che-fej získala v minulém roce od vlády 10 miliardy dolarů pro další rozvoj kvantových technologií, v USA byl schválen National Quantum Initiative Act, který se snaží podpořit rozvoj kvantové vědy s investicí pouze 1,3 miliardy dolarů, která bude navíc rozprostřena mezi roky 2019 a 2023.
USA a dalším zemím by tak mohl značně ujet vlak v novém stádiu technologického vývoje, ve kterém by Čína mohla hrát hlavní roli a stát se pomyslnou jedničkou v tomto směru. A vzhledem k tomu, jak technologie umožňují ekonomický, ale třeba i vojenský náskok, mohl by to být problém pro všechny další země.
Intel dohnal konkurenci a pochlubil se kvantovým čipem Tangle Lake
