Как сообщили недавно в издании Nature Physics, исследователи Бристольского университета Великобритании, совместно с коллегами из Технического университета Дании совершили передачу квантового (или волнового) состояния фотона на расстояние. При этом в исходном чипе информация световой частицы разрушилась и полностью была воссоздана в «пункте назначения».
Речь идет об информации, которую теперь с еще большей надежностью можно передавать от одного компьютера к другому, не опасаясь, что ее могут подслушать или подсмотреть по пути.
- Безопасные коммуникации в области информационных технологий — это необходимость, которую диктует время, - говорит Руслан Юнусов. - Уже сегодня мы ощущаем, как уязвимы становимся мы перед хакерами, которые воруют деньги с банковских карт.
А что нас ждет дальше, лет через десять, когда в наши организмы будут встроены улучшающие здоровье специальные датчики, когда в поликлиниках повсеместно появятся электронные медицинские карты с полной информацией о наших болезнях, о генетическом статусе? Речь пойдет уже не о финансовых рисках, а, увы, о нашем здоровье или даже жизнях.
Новые квантовые технологии позволяют нам уже сегодня создавать связь, которую невозможно взломать, несмотря ни на какие информационные ресурсы. Причем мы говорим о связи, передаваемой по имеющимся оптоволоконным линиям.
Информация копируется на отдельных фотонах, природа которых так устроена, что незаметно подсмотреть состояние одной частицы невозможно. Система тут же полностью или частично уничтожит «исходник». Это значит, по уровню шума в канале легитимные пользователи смогут легко понять, что информация перехвачена.
- Говорят, что Путин уже используется подобным мобильником, имеющем защиту от прослушки. Может такое быть?
Таких мобильников пока не существует. Блок квантовой криптографии на сегодняшний день — это довольно крупное устройство, состоящее из блоков-шифраторов и блоков распределения ключа. Расстояние, на которое они могут передавать информацию, ограничено 100 километрами. То есть, используя имеющиеся оптоволоконные сети, надо ставить по такому отдельному доверенному узлу через каждые 100 километров. Пока это не очень удобно.
Но в будущем появятся устройства, которые будут миниатюрными, и при этом быстрее и дальше передадут информацию. Тогда мы и начнем широко их использовать в качестве защищенных телефонов.
- Когда ученые говорят о телепортации информации, молекулы света, нельзя ли представить, что примерно таким же образом когда-нибудь будет с одного места на другое перенесен в мгновенье ока и человек?
- Телепортация в фантастических фильмах, где один человек исчезает и появляется в другом месте — это не совсем то, что сейчас делают с отдельными молекулами в приборах связи или отдельными атомами в других экспериментах.
Клонирование в квантовом мире невозможно. Предположим, у нас есть атом, свойство которого мы хотим перенести на другой атом, воссоздав его копию. Но мы не можем знать, в каком точно он состоянии находится, поскольку над квантовым объектом мы можем произвести измерение только одного параметра.
Получив часть информации, мы одномоментно разрушим информацию о всех остальных его параметрах. Есть даже теорема о запрете клонирования (на которой, собственно и строится теория квантовой кибербезопасности): при квантовой передаче данных, если у вас есть частица, вы никогда не сможете сделать точную ее копию.
- Но что же можно сделать?
- Если опираться на вышеизложенный метод телепортации информации, можно записать всю информацию, которая есть в атоме, передать ее на фотон и уже этот фотон, как матрицу, отправить в другую точку и заставить его взаимодействовать с другим атомом. Так мы получим перенос атома (а по сути, всей его информационной сущности) в другое место.
- И первый атом при этом погибнет?
- Его первоначальное состояние перестанет существовать, так как всю информацию он передаст переносчику-фотону. Но даже зная уже сегодня механизм телепортации атомов разных веществ, которые уже не раз телепортировали в разных лаборатория мира, о переносе человека с места на место речь, конечно же не идет.
Для этого должен был бы построен хитрый аппарат, который мог бы считывать информацию о всех ваших атомах, передавать ее на большое количество фотонов, потом отправлять в другую точку на другие атомы, которые собраны в таком же виде, как и ваши, в пространстве.
И где гарантия, что на первых порах опыты окажутся удачными и до адресата дойдет 100% информации о ваших атомах, а не 80 или 50? Получится, что оригинал будет «уничтожен» без возможности восстановления, и новый создан не полностью, не жизнеспособным.
В общем, сделать телепортатор макроскопических объектов, таких, как человек — сделать очень сложно. Мы настолько далеки до этого! Наши античные предки намного ближе к нам, чем эта технология будущего.
- Тогда давайте поговорим о более реалистичный вещах, которые мы можем получить от квантовых технологий в ближайшем будущем кроме безопасной связи.
- Мы много говорим последнее время про Интернет вещей. Чтобы весь мир стал цифровым, нам надо будет иметь много надежных, быстрых и чувствительных датчиков. Думаю, что в этой области в течение ближайшего десятилетия будут большие прорывы.
Появятся датчики на уровне атомов, тех же фотонов, ионов, которые будут потреблять очень мало энергии и измерять внешние поля с беспрецедентной точностью.
Один из примеров - квантовые сверхточные часы или навигаторы. Сейчас у нас системы GPS или ГЛОНАСС работают с точностью до нескольких метров: если едете по дороге или серпантину, имеющему параллельные трассы, машина иногда ошибается. Но, когда мы начнем использовать квантовые стандарты частоты, точность навигаторов увеличится в сто раз. Это будет важно как для машин, управляемых человеком, так и для беспилотных автомобилей.
Ну и, наконец, в качестве третьей области применений для квантовых технологий я назову компьютерные вычисления с включением большого количества данных. Это новый тип вычислений, которые невозможно осуществить на классических компьютерах.
Совсем недавно Google анонсировал задачу, бессмысленную с прикладной точки зрения (надо было смоделировать сам квантовый процессор). Самый современный квантовый компьютер решил ее за 3 минуты, классическому же на это понадобилось бы 10 тысяч лет...
В ближайшие годы мы ждем, что квантовый компьютер покажет свое превосходство и в решении полезных задач. Их много — например, точное моделирование новых материалов, оптимизационные задачи в логистике, финансах, когда растет количество параметров, от которых зависит решение.
- Он сможет рассчитать курс доллара до конца года или изменения погоды?
- Курс доллара, скорее всего нет, потому что ему не будет хватать входных данных, а также вследствие фундаментальных случайностей. Погоду, вероятно, удастся уточнить, хотя там тоже есть много случайных данных, которые невозможно заранее просчитать.
А вообще я бы советовал не возлагать сразу очень больших надежд на квантовые технологии. Как и другие новые области знаний, их надо сначала освоить.