Už vo februári 2020 vedci z Národného laboratória Argonne z amerického ministerstva energetiky a univerzity v Chicagu zistili, že dosiahli kvantové zapletenie – pri ktorom sa správanie páru dvoch malých častíc naviaže tak, že ich stavy sú identické – k tomu došlo na 83,7 km dlhej sieti s kvantom slučky na predmestí Chicaga.
Možno by vás zaujímalo, o čom je tento rozruch, ak nie ste vedcom oboznámeným s kvantovou mechanikou – teda s chovaním hmoty a energie v najmenšej škále reality, ktorá sa obzvlášť líši od sveta, ktorý môžeme vidieť okolo seba.
Prieskum výskumníkov by mohol byť dôležitým krokom vo vývoji novej, oveľa výkonnejšej verzie internetu v nasledujúcich desaťročiach. Namiesto bitov, ktoré moderná sieť používa, a ktoré možno vyjadriť iba ako 0 alebo 1, bude budúci kvantový internet využívať qubity kvantovej informácie, ktoré môžu nadobúdať nekonečné množstvo hodnôt. (Qubit je jednotka informácií pre kvantový počítač.)
To by poskytlo kvantovému internetu väčšiu šírku pásma, čo by mu umožnilo pripojiť ultra výkonné kvantové počítače a ďalšie zariadenia a spustiť aplikácie, ktoré by internet, ktorý máme, jednoducho nebol možný.
„Kvantový internet sa stane platformou pre kvantový ekosystém, v ktorom si počítače, siete a senzory vymieňajú informácie zásadne novým spôsobom, pričom snímanie, komunikácia a výpočty doslova fungujú ako jeden celok,“ vysvetľuje David Aushalom, profesor spintroniky a kvantových informácií na škole. Molecular Engineering od Pritzkera z Chicagskej univerzity a vedúceho pracovníka v Argonne, ktorý viedol projekt kvantovej slučky.
Čo je to kvantový internet?
Prečo ho teda potrebujeme a čo robí? Pre začiatočníkov nie je kvantový internet náhradou za bežný internet, ktorý dnes máme. Ide skôr o jeho doplnenie. Mohol by sa postarať o niektoré problémy, ktoré zasahujú do súčasného internetu. Napríklad kvantový internet poskytne väčšiu ochranu pred hackermi a počítačovými zločincami. Ak práve Alica v New Yorku pošle cez internet správu Bobovi v Kalifornii, táto správa cestuje viac-menej po priamke od pobrežia k pobrežiu. Počas toho sa zhoršujú signály prenášajúce správu; opakovače čítajú signály, zosilňujú a opravujú chyby. Tento proces ale umožňuje hackerom „prebiť“ a zachytiť správu.
Kvantové správy tento problém nemajú. Kvantové siete používajú na posielanie správ, ktoré sú imúnne voči kybernetickým útokom, častice svetelných fotónov. Namiesto šifrovania správy pomocou matematickej zložitosti sa budeme spoliehať na špeciálne pravidlá kvantovej fyziky, tvrdí Ray Newell, výskumník z Národného laboratória v Los Alamos. Vďaka kvantovej informácii „nemôžete kopírovať alebo deliť informácie a nemôžete sa na ne pozerať bez toho, aby ste ich zmenili“. Jednoduchý pokus o zachytenie správy v skutočnosti správu zničí, ako to uvádza protokol Wired log. Vďaka tomu by bolo všetko oveľa bezpečnejšie ako to, čo je dnes k dispozícii.
„Koncept kvantového internetu je najjednoduchšie pochopiť pomocou konceptu kvantovej teleportácie,“ hovorí Sumit Khatri, výskumný pracovník na Louisianskej štátnej univerzite v Baton Rouge. Spolu s kolegami napísal článok o možnosti vesmírneho kvantového internetu, v ktorom budú satelity nepretržite vysielať zapletené fotóny na zemský povrch, ako je to popísané v článku Prehľad technológie.
„Kvantová teleportácia nie je ako to, na čo by mohla prísť myseľ vedca z hľadiska toho, čo vidia vo sci-fi filmoch,“ hovorí Khatri. „V kvantovej teleportácii dvaja ľudia, ktorí chcú komunikovať, zdieľajú pár kvantových častíc, ktoré sú zapletené. Potom prostredníctvom série operácií môže odosielateľ odoslať akékoľvek kvantové informácie do prijímača (aj keď to nemožno urobiť rýchlejšie ako je rýchlosť svetla). Táto zbierka spoločných motaníc medzi pármi ľudí na celom svete v podstate predstavuje kvantový internet. Hlavnou výskumnou otázkou je, ako najlepšie rozdeliť tieto zamotané páry medzi ľudí distribuovaných po celom svete. “
Akonáhle sa to podarí uskutočniť vo veľkom meradle, bude kvantový internet taký neuveriteľne rýchly, že vzdialené hodiny budú podľa časopisu Cosmos synchronizované asi tisíckrát presnejšie ako tie najlepšie atómové hodiny, ktoré sú dnes k dispozícii. Vďaka tomu by bola navigácia GPS oveľa presnejšia ako dnes a zobrazovalo by sa gravitačné pole Zeme tak podrobne, že by si vedci mohli všimnúť pulzáciu gravitačných vĺn. Mohlo by to tiež umožniť fotónom teleportovať sa zo vzdialených ďalekohľadov viditeľného svetla po celej Zemi a spojiť ich do obrovského virtuálneho observatória.
„Mohli by ste potenciálne vidieť planéty okolo iných hviezd,“ hovorí Nicholas Peters, vedúci tímu pre kvantovú informačnú vedu v Národnom laboratóriu Oak Ridge.
Problémy budovania kvantového internetu.
Predtým, ako sa niečo z toho stane, musia vedci prísť na to, ako vybudovať kvantový internet, a vzhľadom na zvláštnu povahu kvantovej mechaniky to nebude ľahké. „V klasickom svete môžete informácie kódovať a ukladať ich, aby sa nezničili,“ hovorí Peters. „V kvantovom svete kóduješ informácie a tie sa začnú rozpadávať takmer okamžite.“
Ďalším problémom je, že keďže množstvo energie, ktoré zodpovedá kvantovej informácii, je skutočne malé, je ťažké zabrániť jej v interakcii s vonkajším svetom. Dnes „v mnohých prípadoch kvantové systémy fungujú iba pri veľmi nízkych teplotách,“ hovorí Newell. „Ďalšou alternatívou je práca vo vákuu.“
Newell hovorí, že na vytvorenie funkcie kvantového internetu potrebujeme určitý druh hardvéru, ktorý ešte nebol vyvinutý. Preto je ťažké presne povedať, kedy bude spustený kvantový internet, aj keď niektorí vedci naznačujú, že by sa tak mohlo stať už v roku 2030.
