Još u februaru 2020. naučnici iz Nacionalne laboratorije Argonne pri Ministarstvu za energetiku i Univerziteta u Čikagu otkrili su da su postigli kvantno zapletanje – u kojem se ponašanje para dviju sitnih čestica veže, tako da su njihova stanja identična – to se dogodilo u 83,7 km mreži s kvantom petlje u predgrađu Chicaga.
Možda se pitate u čemu je sva ta gužva ako niste znanstvenik upoznat s kvantnom mehanikom – to jest ponašanjem materije i energije na najmanjoj skali stvarnosti, koja se posebno razlikuje od svijeta koji možemo vidjeti oko sebe.
Istraživanje istraživača moglo bi biti važan korak u razvoju nove, mnogo snažnije verzije Interneta u narednih nekoliko decenija. Umjesto bitova koje moderna mreža koristi, a koji se mogu izraziti samo kao 0 ili 1, budući kvantni Internet će koristiti kubite kvantnih informacija, što može poprimiti beskonačan broj vrednosti. (Qubit je jedinica podataka za kvantni računar.)
To bi kvantnom internetu dalo veliku propusnost, omogućujući mu da poveže izuzetno moćne kvantne računare i druge uređaje i pokreće aplikacije koje jednostavno nisu moguće s internetom koji imamo.
“Quantum Internet postat će platforma za kvantni ekosustav u kojem računari, mreže i senzori razmjenjuju informacije na suštinski nov način, u kojem senzacija, komunikacija i računanje doslovno rade zajedno,” objašnjava David Aushalom, profesor spintronike i kvantnih informacija u školi. Molekularno inženjerstvo Pritzkera sa Univerziteta u Chicagu i starijeg saradnika u Argonneu koji je vodio projekat kvantne petlje.
Šta je Quantum Internet?
Pa zašto nam je potreban i šta on radi? Za početak, kvantni internet nije zamjena za uobičajeni internet kakav imamo danas. To je dodatak tome. Mogao bi se pobrinuti za neke probleme koji ometaju trenutni internet. Na primjer, kvantni Internet pružit će veću zaštitu od hakera i cyber kriminalaca. Trenutno, ako Alice u New Yorku pošalje poruku Bobu u Kaliforniji putem Interneta, ta poruka putuje manje-više u ravnoj liniji od obale do obale. Usput se signali koji prenose poruku degradiraju; repetitori čitaju signale, pojačavaju i ispravljaju greške. Ali ovaj postupak omogućava hakerima da 'provale' i presretnu poruku.
Kvantne poruke nemaju ovaj problem. Kvantne mreže koriste lagane čestice fotona za slanje poruka koje su imune na kibernapad. Umjesto da šifriramo poruku koristeći matematičku složenost, oslanjat ćemo se na posebna pravila kvantne fizike, prema Ray Newell-u, istraživaču iz Nacionalne laboratorije Los Alamos. S kvantnim informacijama, 'ne možete ih kopirati ili podijeliti, a ne možete ih ni pogledati, a da ih ne promijenite.' U stvari, jednostavnim pokušajem presretanja poruke poruka se uništava, kako primjećuje žičani dnevnik. To bi sve učinilo mnogo sigurnijim od onoga što je danas dostupno.
“Pojam kvantnog interneta najlakše je razumjeti s konceptom kvantne teleportacije”, kaže Sumit Khatri, istraživač sa Državnog univerziteta Louisiana na Baton Rougeu. On i njegove kolege napisali su članak o mogućnosti kvantnog interneta zasnovanog na svemiru, u kojem će sateliti kontinuirano emitirati zapletene fotone na Zemljinu površinu, kako je opisano u članku Pregled tehnologije.
“Kvantna teleportacija nije poput onoga što bi um ne-naučnika mogao smisliti u smislu onoga što vide u naučno-fantastičnim filmovima”, kaže Khatri. 'U kvantnoj teleportaciji dvoje ljudi koji žele komunicirati dijele par kvantnih čestica koje su zapletene. Zatim, kroz niz operacija, pošiljalac može primaocu poslati bilo koju kvantnu informaciju (iako se to ne može učiniti brže od brzine svetlosti). Ova kolekcija zajedničkih spletki između parova ljudi širom svijeta u osnovi čini kvantni Internet. Glavno istraživačko pitanje je kako najbolje raspodijeliti ove zapletene parove među ljudima distribuiranim širom svijeta. '
Jednom kada to bude moguće u velikoj mjeri, kvantni Internet postat će tako nevjerovatno brz da će se udaljeni satovi sinhronizirati oko tisuću puta preciznije od najboljih atomskih satova dostupnih danas, prema časopisu Cosmos. To bi GPS navigaciju učinilo mnogo preciznijom nego što je danas i prikazalo bi gravitacijsko polje Zemlje tako detaljno da bi naučnici mogli primijetiti pulsiranje gravitacijskih valova. Takođe bi mogao omogućiti fotonima da se teleportiraju sa udaljenih teleskopa vidljive svetlosti širom zemlje i povežu ih u gigantsku virtualnu opservatoriju.
“Potencijalno biste mogli vidjeti planete oko drugih zvijezda”, kaže Nicholas Peters, vođa tima za kvantne informatičke nauke u Nacionalnoj laboratoriji Oak Ridge.
Problemi izgradnje kvantnog Interneta.
Ali prije nego što se išta od ovoga može dogoditi, istraživači moraju smisliti kako izgraditi kvantni Internet, a s obzirom na čudnu prirodu kvantne mehanike, to neće biti lako. “U klasičnom svijetu možete kodirati informacije i pohraniti ih, a one se neće uništiti”, kaže Peters. “U kvantnom svijetu kodirate informacije i one počinju propadati gotovo odmah.”
Drugi problem je taj što je, s obzirom da je količina energije koja odgovara kvantnim informacijama zaista mala, teško je spriječiti je u interakciji s vanjskim svijetom. Danas, „u mnogim slučajevima kvantni sistemi rade samo na vrlo niskim temperaturama“, kaže Newell. “Druga alternativa je rad u vakuumu.”
Newell kaže da su nam za stvaranje kvantne internetske funkcije potrebne vrste hardvera koji još nije razvijen. Stoga je teško reći kada će tačno biti pokrenut kvantni Internet, iako neki naučnici sugeriraju da bi se to moglo dogoditi već 2030. godine.
