Od kvantových počítačů ke kvantovému internetu. Jak na to?

Martin Kysilka, 10. PROSINCE 2018

Kvantový computing se stává jedním z nejžhavějších témat dnešní exponenciální doby. Kvantový počítač bude bezesporu základním kamenem doby kvantové. Podle mnohých expertů to však budou především technologie pro kvantovou komunikaci a kvantový internet, které budou mít největší dopad na naši společnost. Na kvantovém internetu stejně jako na tom dnešním budou vznikat nové projekty a komunity, které budou kvantový svět dále rozšiřovat. Výzkumníci z holandské University of Delft nedávno načrtli plán k sestavení prvního kvantového internetu.

Již podle nynějších úspěchů předních technologických firem jako jsou Google, Microsoft či IBM můžeme usuzovat, že jedna z nadcházejících ér naší historie bude nazývána jako doba kvantová. Bude to doba, ve které bude většina technologií postavena na kvantových qubitech – kvantový ekvivalent počítačových bitů. Unikátnost qubitů spočívá ve schopnosti zaujmout pozici jedničky i nuly ve stejný moment. Tento stav je označován jako „superpozice“. Kvantový computing spoléhá na vzájemné provázání oněch qubitových superstavů. Všechny qubity se díky tomu vzájemně neustále ovlivňují.

Holandští vědci věří, že první aplikace kvantové sítě v malém měřítku bude možná již v následujících pěti letech. Hlavní výhodou kvantových sítí má být rychlost a zabezpečení. Vzájemné propojení qubitů umožňuje téměř instatní komunikaci nezávisle na vzdálenosti. Vůbec tak nezáleží, jak daleko od sebe qubity jsou, působení jednoho má instantní (a měřitelný) dopad na druhý. 

Svět kvantového computingu se stále potýká s mnoha problémy. Udržet systém propojených qubitů stabilní představuje pro vývojáře velmi obtížnou překážku. Vnější vlivy totiž ruší a vytlačují qubity z jejich superpozice. Současné kvantové počítače jsou stále příliš malé a náchylné k chybám, než aby ve většině úkolech překonaly nynější superpočítače. Abyste sestavili kvantový počítač schopný překonat ty dnešní, budete potřebovat desítky stabilních qubitů. Pro sestavení použitelné kvantové sítě si však vystačíte jen s několika jednotkami qubitů.

Proč kvantový internet?

Jednou z největších výhod kvantové komunikace je, že ji nelze odposlouchávat. Kvantová mechanika totiž funguje tak, že pokud se pokusíte číst její kvantový stav, tak se onen stav ihned změní, což znamená, že jakýkoliv pokus o zachycení kódované zprávy v kvantovém stavu povede ke změně kontextu.

Zabezpečení

To, co dělá kvantovou síť bezpečnou také představuje největší výzvu: qubity nelze zkopírovat nebo zesilovat. Právě tyto dvě vlastnosti jsou alfou a omegou klasických komunikačních systémů. Na kvantové síti, která by zesilovala a přeposílala signál (trusted repeater networks) se již pracuje. Tato síť podle nizozemských výzkumníků představuje první krok ke kvantovému internetu. 

Protože kvantové signály degradují podle toho, jak moc daleko cestují, je nutné posílat zprávu uzel po uzlu (místo, ve kterém se setkávají propojení), aby se pokryla celá vzdálenost. Každé předání je sice zajištěné, ale pokud by dva vzdálené uzly potřebovaly navázat kontakt, tak všechny uzly mezi nimi budou znát obsah oné zprávy, a proto musí být prostřední uzly zabezpečené, aby zpráva zůstala zajištěna.

Stabilní signál

Abychom dosáhli další fáze, je potřeba vyvinout spolehlivý kvantový opakovač (repeater) – aktivní síťový prvek, jenž přijímá zkreslený nebo poškozený signál, který následně opraví či zesílí a posílá dále.

V případě kvantové sítě opakovač slouží jako nástroj pro roztřídění zamotaných qubitů pro každý uzel. Kvantová teleportace poté zpřehází jednotlivé svazky tak, aby se spojily dva konkrétní uzly. Síť propojená těmito opakovači umožní danému uzlu bezpečně komunikovat s jiným bez toho, aniž by musely věřit prostředníkům.

Hlavním úkolem těchto dvou procesů je rozdělování kvantových klíčů, které umožní konkrétním uzlům sdílet mezi sebou šifrovací klíč, čímž se zabrání potencionálnímu narušení. Proces uzlování vzdálených qubitů je však velmi nestabilní proces. Další metou tak je vývoj sítě, která by dokázala vytvářet uzly qubitů na požádání. 

Kvantový cloud

Vývoj kvantové paměti umožní náročnějším komunikačním protokolům ukládat kvantové informace v reálném čase. Kvantové stavy qubitů rapidně degradujou z důvodu zvaného dekoherence neboli kolapsu vlnové funkce. Většina požadavků udrží svůj stav jen několik sekund či setin, což pro síť, jejíž komunikace trvá delší čas, znamená velký problém.

Pokud by však takové kvantové uložiště existovalo, bylo by možné, aby kvantové uzly posílaly své výpočty kvantovému počítači v síti, čímž by v zásadě vznikl i první kvantový cloud. 

Shrnutí

Podle výzkumníků by v první fázi nejdřív měla vzniknout jednoduchá síť vzájemně propojených kvantových počítačů, která by pracovala jen s několika qubity a byla by schopná tolerovat jisté chyby. Kvantové počítače by v této síti ještě nebyly tak silné, aby překonaly standardní počítače, nicméně fakt, že by dokázaly pracovat s chybami, by znamenal, že dokážou vykonávat relativně komplexní výpočty a uchovávat kvantové data po delší dobu.

V další fázi by již byly nasazeny skutečně silné (a stabilní) kvantové stroje, které by překonaly nynější počítače a na kterých by se již dala vystavět stabilní distribuovaná síť schopná pracovat s výpočty, které dříve byly zcela nemyslitelné a bezpečně je sdílet po celém světě.

Podle autorů nás ke kvantovému internetu čeká ještě dlouhá cesta. Potřebujeme lepší kódování, lepší uložiště a lepší vysílání kvantových infromací. Především však potřebujeme postavit kvantový ekvivalent internetových komunikačních protokolů.

Dopad: První multi uzlová kvantová síť by měla vzniknout již do pěti let. I když se počítá s tím, že bude mít mnoho chyb a bude velmi nestabilní, umožní nám testovat všechny zmíněné postupy. 

Plnohodnotný kvantový internet povede k novým zlomovým technologiím. Jednou z nich může být například kvantový blockchain.

Mohlo by vás zajímat

Intel koupil cnvrg.io, platformu strojového učení

  • Technologie
  • IT Inovace
255
0
3

6D Focus Innovation Czechia: Vědecká telepatie je tu. Počítač ovládneme myšlenkou

  • Genetika, Bio a Nanotechnologie
  • Smart health
  • IT Inovace
990
0
0

Messenger Rooms: Nové videohovory na Facebooku umožní účast až 50 lidem

  • Civilizace
  • IT Inovace
722
0
0

První kyborgové: Přichází další vývojová fáze lidstva?

  • Robotizace a AI
  • IT Inovace
973
2
0

Grafen překonán? Pozornost materiálových vědců se upírá na zázračný borofen

  • Genetika, Bio a Nanotechnologie
  • IT Inovace
4688
2
2

Stanford Medicine zveřejnilo výsledky studie Apple Heart Study

  • Smart health
  • IT Inovace
2435
0
1

Super rychlý „Replikátor“ z UC Berkley tiskne světlem

  • 3D
  • Smart health
  • IT Inovace
3199
1
2

Amazon vstupuje do světa blockchainu. Internetový gigant představil dvě nové blockchainové…

  • Leadership a kultura
  • IT Inovace
  • Blockchain
3083
3
1

MIT použilo biologický virus pro sestavení supervýkonného počítače

  • Genetika, Bio a Nanotechnologie
  • IT Inovace
3357
2
1

Šest oborů, do kterých vnese kvantový computing masivní disrupci

Tak jako v 60. letech minulého století supervelmoce soupeřily v dobývání vesmíru, dnes probíhají závody ve výrobě prvního skutečně výkonného a především stabilního kvantového počítače. Vítěz se zapíše do historie jako autor jedné z nejvýznamnějších technologií 21. století.

  • Leadership a kultura
  • Civilizace
  • Robotizace a AI
4337
5
3

První síť vzájemně propojených mozků vám umožní posílat myšlenky ostatním uživatelům…

  • Civilizace
  • IT Inovace
3181
3
2

Nvidia vyvinula AI systém, který umí generovat syntetické 3D skeny rakoviny mozku

  • Robotizace a AI
  • 3D
  • Smart health
3716
4
0

V Hongkongu vyvinuli 4D tisk z keramických materiálů

  • 3D
  • Genetika, Bio a Nanotechnologie
  • IT Inovace
4743
4
3

MIT vyvinulo blockchainovou platformu, která bude hlídat policii a chránit naše soukromí

  • IT Inovace
  • Právo a regulace
  • Blockchain
3700
1
0

Nový niklový materiál u robotů eliminuje potřebu motorků a aktuátorů

  • Robotizace a AI
  • IT Inovace
2811
2
1

Umělá inteligence nyní vidí skrz zdi

  • Robotizace a AI
  • 3D
  • Smart health
4768
5
1

Umělá inteligence od DeepMindu dokáže předvídat a zrekonstruovat 3D scénu z 2D obrazů

  • Robotizace a AI
  • 3D
  • IT Inovace
2929
3
2

Člověk a AI se učí jeden od druhého a kvadruplegici ovládají avatary ve videohře…

  • Robotizace a AI
  • Smart health
  • IT Inovace
3723
4
3

Japonští vědci vymysleli „ultimátní“ metodu pro vytvoření super kvantového počítače

  • Civilizace
  • IT Inovace
  • Kyberbezpečnost
5001
6
1

V Kalifornii začíná testování samořídících aut se vzdálenými lidskými operátory

  • Smarty city
  • IT Inovace
  • Právo a regulace
4994
6
2

Vědci nasadili kudlance nábožné 3D brýle a objevili novou formu stereoskopického…

  • Robotizace a AI
  • 3D
  • IT Inovace
5934
3
1

Nové umělé protézy zprostředkují až 100 hmatových citů

  • Genetika, Bio a Nanotechnologie
  • Smart health
  • IT Inovace
5272
3
1

Nová technologie od Nissanu vám umožní ovládat auto prostřednictvím své mysli

  • Robotizace a AI
  • Smarty city
  • IT Inovace
5157
4
1

Mozkové implantáty americké armády vám změní náladu. Elektrickým výbojem

  • Robotizace a AI
  • Smart health
  • IT Inovace
5300
1
3

Pavel Kysilka: Emoční ekonomika aneb koho přejde smích?

Technologie začínají rozumět našim emocím a z této schopnosti se stává velký byznys. Emočně inteligentních aplikací se ročně prodá za desítky miliard dolarů a v příštích letech se jim prorokuje exponenciální růst.

  • Leadership a kultura
  • Robotizace a AI
  • IT Inovace
6357
6
2

Odemkněte dveře rukávem. Nová technologie skladuje data ve vašem oblečení a bez elektroniky

  • IT Inovace
  • Kyberbezpečnost
  • Smart energy
5581
1
1

Obrovský kvantový úspěch. Mezi Pekingem a Vídní proběhl první „kvantový“ videohovor

  • IT Inovace
  • Kyberbezpečnost
5199
7
3

Vědci vynalezli akustické antény, vhodné pro mozkové implantáty

  • IT Inovace
3340
2
3

První telefon na světě, který nepotřebuje baterii. Energii sbírá z rádiových vln

  • IT Inovace
  • Smart energy
4370
2
3

Microsoft oznámil podporu pro vývoj nových blockchainových projektů

  • IT Inovace
  • Smart finance
4548
2
2

Vědci uložili a úspešně přehráli film nahraný do DNA

  • Genetika, Bio a Nanotechnologie
  • IT Inovace
4638
3
2

Student za pomocí Wi-Fi vytvořil 3D hologram lidí z vedlejší místnosti

  • 3D
  • IT Inovace
7936
2
5

Senzory odhalí a lokalizují střelbu ze zbraně. Pomůžou tak dopadnout pytláky

  • Smarty city
  • IT Inovace
4277
3
1

Ovládne Microsoft svět kvantových počítačů?

  • Civilizace
  • IT Inovace
4720
3
3

IBM zpřístupnil na cloudu svůj kvantový procesor

  • Robotizace a AI
  • IT Inovace
  • Kyberbezpečnost
5896
4
3

DNA úložiště již na 85% teoretického limitu

  • Genetika, Bio a Nanotechnologie
  • IT Inovace
4204
2
2

Revoluční chytrá sluchátka přeloží až 37 jazyků

  • IT Inovace
5225
3
3

Koupí Apple Teslu a bude Elon Musk jeho novým CEO?

  • IT Inovace
6251
7
9

Interaktivní projektor od Sony promění jakýkoliv rovný povrch v dotykový displej

  • IT Inovace
  • Virtuální realita
4095
3
2

Nový metamateriál umí vytvořit hologramový obraz

  • 3D
  • IT Inovace
4453
2
1

San Diego se díky internetu věcí stává chytrým městem

  • Smarty city
  • IT Inovace
5203
2
1

Revoluční nanotisk z tekutých kovů posouvá možnosti elektroniky

  • Civilizace
  • Genetika, Bio a Nanotechnologie
  • IT Inovace
4671
3
1

První konstrukční plán na kvantový počítač na světě

  • Civilizace
  • IT Inovace
  • Kyberbezpečnost
5933
8
3

Umělá inteligence se učí psát svůj vlastní kód tím, že krade z jiných programů

  • Robotizace a AI
  • IT Inovace
4819
6
2

Český SimpleCell expanduje s infrastrukturou pro Internet věcí do dalších 4 zemí

  • Smarty city
  • IT Inovace
  • Smart energy
5627
5
3

Google obvinil Uber z krádeže technologie samořídících aut

  • IT Inovace
  • Právo a regulace
  • Smart transportation
5625
3
2

Můžete skutečně identifikovat rakovinu prostřednictvím vyhledávače?

  • Smart health
  • IT Inovace
5272
2
1

KnuPath - nový 256 jádrový chip urychlí rozvoj umělé inteligence

  • Robotizace a AI
  • IT Inovace
4280
0
1

Larry Page investuje do projektů na létající auta

  • IT Inovace
  • Právo a regulace
  • Smart transportation
5749
1
2

Jeff Bezos chce stavět průmyslové zóny ve vesmíru, aby uchránil Zemi

  • Civilizace
  • Smarty city
  • IT Inovace
6794
0
1

Program Magenta od Googlu složil svou první píseň

  • Civilizace
  • Robotizace a AI
  • IT Inovace
6156
5
2

3D vytištěná ruka umožňuje mladíkovi po amputaci hrát znovu basketbal

  • Robotizace a AI
  • 3D
  • Genetika, Bio a Nanotechnologie
6957
1
3

O knihy v Singapurské knihovně se starají roboti

  • Robotizace a AI
  • Smarty city
  • IT Inovace
5322
0
1

Metamateriálová mikroelektronika bez polovodičů

  • IT Inovace
3255
0
2

Nejefektivnější superpočítač na světě od Nvidia

  • IT Inovace
2876
1
2

První fotonický neuromorfický čip pro AI

  • Robotizace a AI
  • IT Inovace
4062
0
1

Revoluční nanotechnologická miniaturizace pro elektroniku

  • Genetika, Bio a Nanotechnologie
  • IT Inovace
3625
0
0

Magnet z 3D tiskárny s širokým potenciálem

  • 3D
  • IT Inovace
4083
1
0

Za 2 miliardy dolarů nahradí v ING roboti až 5800 bankéřů

  • Robotizace a AI
  • IT Inovace
4910
2
0

Posun v teleportování je krůčkem na dlouhé cestě ke kvantovému internetu

  • IT Inovace
  • Kyberbezpečnost
4728
1
0

SanDisk přichází s největší SD kartou na světě

  • IT Inovace
  • Virtuální realita
3725
1
0

Google hodlá získat převahu v kvantovém computingu

  • IT Inovace
  • Kyberbezpečnost
4266
1
0

Rychlé a levné optické úložiště od IBM

  • IT Inovace
2865
1
0

Máte už svůj vlastní satelit na oběžné dráze?

  • IT Inovace
  • Smart transportation
4613
1
0

Seznamte se s Surround 360! VR kameru od Facebooku v rozlišení 8K

  • IT Inovace
  • Virtuální realita
3721
1
0

Budou bakterie budoucím zdrojem čisté energie?

  • Genetika, Bio a Nanotechnologie
  • IT Inovace
  • Smart energy
5144
0
0

Nanobot opraví obvody bez využití AI

  • Robotizace a AI
  • Genetika, Bio a Nanotechnologie
  • Smart health
6152
2
0

Ultratenké solární články, které udrží i mýdlová bublina

  • Genetika, Bio a Nanotechnologie
  • IT Inovace
  • Smart energy
5230
0
0

Nový 2D materiál by mohl zastínit grafen

  • Genetika, Bio a Nanotechnologie
  • IT Inovace
3592
0
0

Ovládnou olympiádu v Tokiu 2020 roboti?

  • Robotizace a AI
  • Smarty city
  • IT Inovace
8595
1
0

Superodolný skleněný disk uchová data navždy

  • Genetika, Bio a Nanotechnologie
  • IT Inovace
3831
3
0
Zobrazit další články