Что такое квантовая телепортация

Речь идет о переносе информации между двумя спутанными на квантовом уровне частицами, фотонами. Ученые обнаружили, что связанные между собой частицы ведут себя одинаково, даже находясь на значительном расстоянии друг от друга. Если мы меняем состояние одного такого фотона, то второй моментально меняется абсолютно таким же образом, где бы ни находился.

Собственно, этот феномен и подразумевается под квантовой телепортацией. Почему он привлекает к себе столько внимания? Потому что особенность «телепортирования» в том, что передача информации или состояния объекта осуществляется на принципиально ином уровне, без создания привычных коммуникационных систем и каналов связи — перенос состояния осуществляется без переноса самого носителя состояния.

Проблема, которая сейчас стоит перед научным сообществом — получение этих самых связанных или запутанных частиц и их последующее сохранение в состоянии запутанности. Принципиальная возможность квантовой телепортации была доказана не только теоретически, но и экспериментально. На сегодняшний день с квантовой запутанностью уже связаны проектирование и попытки реализации первых прототипов устройств, например, квантового криптографа и компьютера.

Для чего применима квантовая телепортация

Если говорить обобщенно, то внедрение таких решений способно кардинально повлиять на существующие системы телекоммуникаций и общие принципы работы с информацией. На мой взгляд, в перспективе ближайших 5-7 лет мы можем говорить о планомерном внедрении квантовой криптографии и росте числа гибридных квантовых сетей – когда в классических телекоммуникациях используются квантовые ключи.

Квантовая криптография позволяет обеспечить гарантированную безопасность передачи информации в каналах связи за счет невозможности подслушивания или подмены информации, передаваемой квантовым способом, из-за разрушения самой информации при попытке внешнего вмешательства.

Эти системы уже существуют и функционируют как зарубежом, так и в России – одну из них, к примеру, еще в 2014 году запустил между двумя университетскими корпусами мой коллега, руководитель лаборатории квантовой информатики Артур Глейм. Эти решения работают и выполняют функцию безопасной передачи информации, однако перед их создателями стоит серьезная проблема — на сегодняшний день лучшие системы мира способны передавать информацию и квантовые ключи к ней в диапазоне 200-250 км, не более.

Вопрос этот технического характера – сигнал затухает, его усиление классическим способом или копирование невозможно из-за разрушения квантового состояния, а для покрытия большего расстояния необходимо устанавливать доверенные узлы связи и следующий комплект оборудования. Имеющиеся разработки пока не в состоянии обеспечивать бОльшие расстояния покрытия. Именно с преодолением этих вызовов я связываю ближайшее будущее квантовых коммуникаций, а разработка квантовых повторителей и использование принципа квантовой спутанности позволят избежать необходимости установки дополнительного электронного оборудования.

Если же рассматривать перспективу в 15-20 лет, то, полагаю, мы можем говорить о создании квантового интернета. Системы передачи информации, основанные на принципах квантовой спутанности и передачи состояний взамен двоичного кода, а также квантовые компьютеры появятся по всему миру и выведут на качественно новый уровень не только безопасность коммуникации, но и возможности хранения и обработки информации вообще. Обо всем этом можно говорить с достаточно высокой долей уверенности, поскольку реальность этих технологий уже была подтверждена в ходе экспериментов.

Ранее упомянутый Артур Глейм также разделяет мою точку зрения и считает, что квантовые технологии сейчас находятся на стадии скоростного перехода из сферы фундаментальной науки в прикладные инженерные решения.

Насколько реальны обещания внедрить квантовую телепортацию в коммуникации к 2035 году

Важно отметить, что «дорожная карта» рабочей группы НТИ Safenet, которую возглавляет Валентин Макаров, президент некоммерческого партнерства компаний-разработчиков программного обеспечения «Руссофт», разрабатывалась с привлечением большого числа крупных высокотехнологичных компаний, в том числе, в сфере информационной безопасности,таких как «Ростелеком», «Лаборатория Касперского», Центр речевых технологий и т.д.

Разработка дорожной карты группы исходила из такого несомненного тренда, как разворачивающееся внедрение «интернета вещей». Основное изменение концепции безопасности в свете данного тренда сформулировано как переход от информационной безопасности к безопасности киберфизических систем. Эксперты группы единодушны в том, что для обеспечения безопасности подобных систем могут быть использованы совершенно новые подходы и физические принципы, используемые в квантовых технологиях.

Помимо успешных лабораторных экспериментов с телепортацией, уже сейчас существуют устройства на квантовом принципе, такие, что построение инфраструктуры квантовых коммуникаций к обозначенному сроку вполне реалистично. Речь идет и о новых квантовых облачных сервисах, безопасной корпоративной связи и телеком-сервисах, о системах не взламываемого интернета вещей, решениях, ориентированных на хранение и обработку данных.

Оптимизм вселяет налаженный диалог между участниками рабочей группы Safenet. Уже есть ряд конкретных договоренностей о реализации ряда совместных пилотных проектов и создании ориентированных на рынок сервисов, которые бы также использовали преимущества инновационных технологий, включая квантовые.

Речь идет и о новых квантовых облачных сервисах, безопасной корпоративной связи и телеком-сервисах, о системах не взламываемого интернета вещей, решениях, ориентированных на хранение и обработку данных.

Место России в складывающейся парадигме также позволяет рассчитывать на успехи наших разработчиков и бизнесменов. Рынок квантовых коммуникаций еще не сформирован, однако есть основания предполагать, что в будущем он будет поделен на региональные зоны, обеспеченные технологическими и рыночными стандартами (например, зоны США, Европы, БРИКС и др.).

Поэтому нам стоит сейчас задуматься о создании российского стандарта квантовой передачи данных совместно с партнерами (Китай, Индия, ЕАС). Тот, кто первым предлагает и продвигает собственные стандарты, имеет приоритетные шансы занять лидирующее положение на мировом рынке в этой отрасли.