Первый в мире протокол канального уровня приближает квантовый интернет к реальности
Исследователи из QuTech достигли первой в мире технологии квантового интернета. Команда под руководством профессора Стефани Венер разработала так называемый протокол канального уровня, который переносит феномен квантового запутывания из экспериментальной физики в реальную квантовую сеть. Это приближает день, когда квантовый интернет может стать реальностью, предлагая приложения, которые невозможно достичь с помощью классического интернета. Работа была представлена сегодня на ACM SIGCOMM.
В классических вычислениях набор программных уровней, называемых сетевым стеком, позволяет компьютерам связываться друг с другом. В основе сетевого стека лежат протоколы связи, такие как интернет-протокол или HTTP. Стефани Венер объяснила, что одним из важных протоколов, используемых сетью, является протокол канального уровня, который преодолевает проблемы, вызванные несовершенным оборудованием: «Все мы используем классические протоколы канального уровня в повседневной жизни. Одним из примеров является Wi-Fi, который позволяет ненадежным радиосигнал, подверженный перебоям и помехам, который будет использоваться для надежной передачи данных между совместимыми устройствами «.
Квантовая сеть, основанная на передаче квантовых битов или кубитов, требует того же уровня надежности. Стефани Венер говорит: «В нашей работе мы предложили стек квантовой сети и создали первый в мире протокол канального уровня для квантовой сети».
Оказывается, существующие классические протоколы не могут помочь в квантовом мире. Одна из проблем связана с различиями в используемых технологиях. Стефани Венер: «В настоящее время кубиты не могут храниться в памяти очень долго. Это означает, что контрольные решения о том, что с ними делать, должны приниматься очень быстро. Создав этот протокол канального уровня, мы преодолели препятствия, представленные некоторыми очень требовательными физиками «.
Есть также некоторые фундаментальные различия между будущим квантовым интернетом и интернетом, которые мы видим сегодня. Стефани Венер сказала, что два квантовых бита могут быть запутаны: «Такое запутывание похоже на соединение. Это очень отличается от ситуации для классических протоколов канального уровня, где мы обычно просто посылаем сигналы. В этом случае нет смысла встроенного соединения на фундаментальном уровне. »
Квантовый интернет
Феномен запутанности лежит в основе квантового интернета. Когда две фундаментальные частицы запутаны, они связаны друг с другом таким образом, что ничто иное не может иметь никакой доли в этой связи. Исследователь Аксель Дальберг сказал, что это позволяет использовать целый ряд новых приложений. «Безопасность — это одно важное приложение. Физически невозможно подслушать запутанное сетевое соединение между двумя пользователями. В качестве другого примера, технология также позволяет улучшить синхронизацию часов или может объединять астрономические телескопы, которые находятся на большом расстоянии друг от друга, поэтому они действуют как огромный одиночный телескоп «.
Исследователь Мэтью Скшипчик сказал, что важной особенностью предлагаемого стека квантовой сети и протокола канального уровня является то, что любое будущее программное обеспечение, написанное с использованием этого протокола, будет совместимо со многими квантовыми аппаратными платформами. «Кому-то, кто использует наш протокол канального уровня, больше не нужно знать, что лежит в основе квантового оборудования. В нашей статье мы изучаем производительность протокола на центрах азота-вакансии в алмазе, которые по сути являются небольшими квантовыми компьютерами. Однако наш протокол например, также может быть реализован на ионных ловушках. Это также означает, что наш протокол канального уровня может быть использован в будущем на многих различных типах квантового оборудования ».
Построение квантовой сетевой системы
Стефани Венер сказала, что следующим шагом будет тестирование и демонстрация нового протокола сетевого уровня с использованием протокола канального уровня: «Наш протокол канального уровня позволяет нам надежно генерировать запутывание между двумя сетевыми узлами, соединенными прямой физической линией связи, такой как связь». волокно. Следующим шагом является создание запутывания между узлами сети, которые не соединены напрямую с помощью волокна, с помощью промежуточного узла. Для реализации крупномасштабных квантовых сетей важно выйти за рамки физического эксперимента и двигаться дальше. к построению квантовой сетисистема. Это одна из целей финансируемого ЕС Quantum Internet Alliance (QIA) ».
