V únoru 2020 vědci z Argonne National Laboratory amerického ministerstva energetiky a univerzity v Chicagu zjistili, že dosáhli kvantového zapletení – ve kterém se chování dvojice dvou drobných částic naváže, takže jejich stavy jsou identické – k tomu došlo na 83,7 km síti s kvantem smyčky na předměstí Chicaga.
Možná by vás zajímalo, o čem celý ten povyk je, pokud nejste vědec obeznámený s kvantovou mechanikou – tedy chování hmoty a energie v nejmenším měřítku reality, které se zvláště liší od světa, který kolem sebe vidíme.
Průzkum výzkumníků by mohl být důležitým krokem ve vývoji nové, mnohem výkonnější verze internetu v příštích několika desetiletích. Namísto bitů, které moderní síť používá a které lze vyjádřit pouze jako 0 nebo 1, bude budoucí kvantový internet používat qubity kvantové informace, které mohou nabývat nekonečného počtu hodnot. (Qubit je jednotka informací pro kvantový počítač.)
To by poskytlo kvantovému internetu větší šířku pásma, což by mu umožnilo připojit ultra výkonné kvantové počítače a další zařízení a spouštět aplikace, které by internet, který máme, prostě nebyl možný.
„Kvantový internet se stane platformou kvantového ekosystému, ve kterém si počítače, sítě a senzory vyměňují informace zásadně novým způsobem, přičemž snímání, komunikace a výpočet doslova fungují jako jeden celek,“ vysvětluje David Aushalom, profesor spintroniky a kvantových informací na škole. Molekulární inženýrství Pritzker z University of Chicago a vedoucí pracovník v Argonne, který vedl projekt kvantové smyčky.
Co je to kvantový internet?
Proč ho tedy potřebujeme a co dělá? Pro začátek není kvantový internet náhradou za běžný internet, který dnes máme. Spíše je to jeho doplněk. Mohl se postarat o některé problémy, které zasahují do současného internetu. Například kvantový internet poskytne větší ochranu před hackery a počítačovými zločinci. Právě teď, pokud Alice v New Yorku pošle přes internet zprávu Bobovi v Kalifornii, tato zpráva cestuje víceméně po přímé linii od pobřeží k pobřeží. Podél cesty se zhoršují signály nesoucí zprávu; opakovače čte signály, zesilují a opravují chyby. Tento proces ale umožňuje hackerům „prolomit“ a zachytit zprávu.
Kvantové zprávy tento problém nemají. Kvantové sítě používají k odesílání zpráv, které jsou imunní vůči kybernetickým útokům, částice světelných fotonů. Namísto šifrování zprávy pomocí matematické složitosti se budeme spoléhat na speciální pravidla kvantové fyziky, tvrdí Ray Newell, výzkumný pracovník z Národní laboratoře v Los Alamos. Díky kvantové informaci „ji nemůžete kopírovat nebo rozdělit a nemůžete se na ni ani podívat, aniž byste ji změnili“. Pouhé pokusy o zachycení zprávy ve skutečnosti zprávu zničí, jak uvádí poznámky z kabelového protokolu. Díky tomu by bylo vše mnohem bezpečnější než to, co je dnes k dispozici.
„Nejjednodušší způsob, jak porozumět konceptu kvantového internetu, je koncept kvantové teleportace,“ říká Sumit Khatri, výzkumník na Louisianské státní univerzitě v Baton Rouge. On a jeho kolegové napsali článek o možnosti vesmírného kvantového internetu, ve kterém budou satelity nepřetržitě vysílat zapletené fotony na zemský povrch, jak je popsáno v článku Přehled technologií.
„Kvantová teleportace není jako to, na co by mysl nevědeckého člověka mohla přijít, pokud jde o to, co vidí ve sci-fi filmech,“ říká Khatri. „V kvantové teleportaci sdílejí dva lidé, kteří chtějí komunikovat, pár kvantových částic, které jsou zapletené. Poté může odesílatel prostřednictvím řady operací odeslat do přijímače jakékoli kvantové informace (i když to nelze provést rychleji, než je rychlost světla). Tato sbírka společných zapletení mezi páry lidí po celém světě v podstatě představuje kvantový internet. Hlavní výzkumnou otázkou je, jak nejlépe distribuovat tyto zapletené páry mezi lidi distribuované po celém světě. “
Jakmile to bude možné provést ve velkém měřítku, kvantový internet se stane tak neuvěřitelně rychlým, že vzdálené hodiny budou synchronizovány zhruba tisíckrát přesněji než nejlepší atomové hodiny, které jsou dnes k dispozici, uvádí časopis Cosmos. Díky tomu by byla GPS navigace mnohem přesnější než dnes a zobrazovalo by se gravitační pole Země tak podrobně, že by si vědci mohli všimnout pulzace gravitačních vln. Mohlo by to také umožnit fotonům teleportovat se ze vzdálených dalekohledů viditelného světla po celé Zemi a propojit je do obrovské virtuální observatoře.
„Mohli byste potenciálně vidět planety kolem jiných hvězd,“ říká Nicholas Peters, vedoucí týmu pro kvantovou informační vědu v Národní laboratoři Oak Ridge.
Problémy budování kvantového internetu.
Než se však cokoli z toho stane, musí vědci přijít na to, jak vybudovat kvantový internet, a vzhledem k podivné povaze kvantové mechaniky to nebude snadné. „V klasickém světě můžete informace kódovat a ukládat, aby nedošlo k jejich zničení,“ říká Peters. „V kvantovém světě kódujete informace a začnou se rozpadat téměř okamžitě.“
Dalším problémem je, že protože množství energie, které odpovídá kvantové informaci, je opravdu malé, je těžké jí zabránit v interakci s vnějším světem. Dnes „v mnoha případech kvantové systémy fungují pouze při velmi nízkých teplotách,“ říká Newell. „Další alternativou je práce ve vakuu.“
Newell říká, že k vytvoření funkce kvantového internetu potřebujeme druh hardwaru, který dosud nebyl vyvinut. Proto je těžké přesně říci, kdy bude spuštěn kvantový internet, ačkoli někteří vědci naznačují, že by se tak mohlo stát již v roce 2030.
