În mai 2023, dr. Benjamin Lanyon de la Universitatea Insbruck din Austria a făcut un pas important către crearea unui nou tip de Internet: a transferat informații de-a lungul unei rețele de fibră optică, cu o lungime de 50 de kilometri, utilizând principiile fizicii cuantice.
În fizica cuantică, informația diferă de unitățile de date – biții – stocate și prelucrate de computere, care constituie nucleul actualului World Wide Web. Domeniul fizicii cuantice acoperă proprietățile și interacțiunile moleculelor, ale atomilor și chiar ale particulelor mai mici, cum ar fi electronii și fotonii.
Puterea particulelor
Biții cuantici sau „qubiții” promit o transmitere mai sigură a informațiilor, deoarece observarea și măsurarea particulelor determină schimbarea lor. Acest lucru înseamnă că cineva care „trage cu urechea” nu va mai putea scăpa nedetectat.
Lanyon spune că, datorită muncii echipei sale, Internetul cuantic pare realizabil în orașe, după care obiectivul va fi extinderea infrastructurii pe distanțe interurbane mai lungi.
„Ne putem imagina existența sa la o scară urbană mare”, a declarat acesta.
Descoperirea sa face parte dintr-un proiect de cercetare al UE pentru avansarea obiectivului de a avea un internet cuantic.
Proiectul, denumit Quantum Internet Alliance sau QIA, reunește institute de cercetare și companii din întreaga Europă. Inițiativa beneficiază de o finanțare de 24 de milioane de euro, pe o perioadă de trei ani și jumătate, până la finele lunii martie 2026.
„Acesta nu este menit să înlocuiască internetul clasic, ci să funcționeze împreună cu acesta”, spune Stephanie Wehner, de origine germană, care coordonează QIA și este profesor de informatică cuantică la Universitatea Tehnologică din Delft, Țările de Jos. „Nu vom înlocui Netflix”.
Un concept-cheie al fizicii cuantice este inseparabilitatea cuantică. Dacă două particule sunt inseparabile, indiferent cât de departe sunt una de alta în spațiu, vor avea proprietăți similare – de exemplu, ambele au aceeași măsură a ceea ce se numește „rotație”, o versiune cuantică a direcției în care se rotesc particulele.
Starea de rotație a particulelor nu este clară decât în momentul când acestea sunt observate. Până atunci, acestea se află în mai multe stări, denumite superpoziție.
În momentul observării lor, însă, starea ambelor particule devine cunoscută.
O mulțime de posibilități
Această proprietate este utilă în comunicațiile securizate. Persoanele care accesează neautorizat o transmisie cuantică ar lăsa în urmă un semn evident al încercării lor, determinând o schimbare a stării particulei observate.
„Putem utiliza proprietățile inseparabilității cuantice pentru a obține un mijloc de comunicare securizată care, probabil, ar fi sigur chiar și atunci când atacatorul are un computer cuantic”, spune Wehner.
Comunicațiile securizate facilitate de internetul cuantic ar putea deschide calea către o gamă mult mai amplă de aplicații, mult dincolo de limitele internetului clasic.
ASTĂZI PE SPOT:
De exemplu, în medicină, fizica inseparabilității cuantice permite un nivel de sincronizare temporală care poate îmbunătăți telechirurgia.
„Dacă vreau să fac o operație pe un nod de la distanță, vreau ca aceasta să fie cronometrată foarte precis, ca să nu fac greșeli”, spune Wehner.
Astronomia este un alt potențial domeniu beneficiar.
Telescoapele care efectuează observații la distanțe foarte mari ar putea „utiliza internetul cuantic pentru a genera inseparabilitate între senzori și a obține astfel o imagine mult mai clară a cerului”, adaugă Wehner.
Un alt exemplu de aplicare ar putea fi bancomatele.
În prezent, dacă un bancomat se defectează atunci când o persoană retrage bani, un aparat ar presupune că nu s-a furnizat niciun ban, în timp ce un alt bancomat ar înregistra retragerea banilor. Internetul cuantic ar putea elimina această discrepanță.
Probabil că multe aplicații ale internetului cuantic vor deveni evidente numai după crearea tehnologiei.
„Oferă o serie întreagă de noi posibilități de a efectua măsurători precise ale spațiului și timpului și de a studia cum funcționează lumea și universul”, explică Lanyon.
Testul distanței
Acum, cheia este dezvoltarea la scară a internetului cuantic astfel încât să utilizeze multe particule pe distanțe lungi.
Lanyon și echipa sa au demonstrat, de asemenea, comunicarea nu numai între particule de sine stătătoare, ci și între „șiruri” de particule – în acest caz, particulele de lumină denumite fotoni – accelerând rata de inseparabilitate între nodurile cuantice.
„Dacă ai trimite doar câte un foton, ar trebui să aștepți să treacă timpul de călătorie”, a explicat acesta. „Însă dacă poți trimite șiruri de mai mulți fotoni simultan, poți crește rata de inseparabilitate între nodurile cuantice pentru distanțele dorite”.
Obiectivul final este extinderea nodurilor cuantice la distanțe mult mai mari, poate 500 de kilometri, și crearea unui prototip de internet cuantic care să poată conecta orașe îndepărtate – similar cu modul în care internetul clasic se bazează pe diferite noduri pentru a crea un internet global.
Internetul cuantic ar putea exista deja pentru aplicații specializate încă din 2029, însă experții nu se hazardează să estimeze când ar putea fi disponibilă o versiune completă pentru o gamă largă de utilizări.
„Este o întrebare foarte dificilă”, consideră Wehner.
În timp ce QIA face progrese cu componentele și sistemele internetului cuantic, Europa lucrează și la dezvoltarea computerelor cuantice.
În iunie 2023, un parteneriat public-privat – European High Performance Computing Joint Undertaking (Întreprinderea comună europeană pentru calculul de înaltă performanță) – a anunțat că șase țări europene ar urma să găzduiască computere cuantice. Acestea sunt Cehia, Franța, Germania, Italia, Polonia și Spania.
Scopul este de a asigura că Europa se află în avangarda revoluției tehnologiilor cuantice. Se preconizează că computerele cuantice vor avea o putere de calcul fără precedent, cu numeroase utilizări, inclusiv abilitatea de a decoda algoritmii criptografici care securizează majoritatea comunicațiilor internetului actual.
Un domeniu foarte competitiv
Dat fiind că, potrivit estimărilor, jumătate dintre cele mai utilizate sisteme criptografice vor fi decodate până la sfârșitul deceniului, Europa nu este nici pe departe singura interesată.
În ultimii ani, China și SUA au făcut și ele progrese în informatica cuantică și internetul cuantic.
Revenind pe frontul infrastructurii, Europa întreprinde alți pași. Dezvoltă o infrastructură spațială și terestră integrată pentru comunicații securizate – un fel de componentă pentru internetul cuantic.
„Sunt foarte mândră să spun că suntem lideri mondiali în multe domenii”, a subliniat Wehner.
Deși rămâne multă muncă de făcut în toate țările interesate, potențialele beneficii semnalează noi progrese și inovații destul de curând.
„Oamenii dezvoltă noi aplicații ale rețelelor cuantice într-un ritm destul de intens”, a precizat Lanyon.
Articol scrie de Jonathan O’Callaghan
Cercetările menționate în acest articol au fost finanțate de UE.
Mai multe informații
Acest articol a fost publicat inițial în Horizon , revista de cercetare și inovare a UE.
