16+

Новости партнёров

Lentainform

Квантовая механика поможет засекретить передачу данных в Интернете

16/09/2009

Квантовая механика поможет засекретить передачу данных в Интернете

Понятно, что далеких от физических теорий граждан интересует, когда эти теории превратятся в реальные достижения, как они будут выглядеть и сколько стоить. Все это, а также ответы на ряд других дилетантских вопросов мы и решили уточнить у Дмитрия Куприянова, профессора кафедры теоретической физики СПбГПУ.


- Насколько сложны эксперименты по замедлению света?

– Эти эксперименты, проводимые с атомными ансамблями при сверхнизких температурах, действительно достаточно сложные. Нашим партнерам, проводящим экспериментальные исследования в этой области, понадобилось около года для настройки магнитооптической ловушки и еще дополнительное время для осуществления протокола испарительного охлаждения в квазистатической ловушке. Если использовать горячие атомы, находящиеся в газовой ячейке, или рассеяние на примесях в прозрачных кристаллах или волокнах, то эксперимент, возможно, выглядит проще.

Мне, как теоретику, судить об этом сложно, но можно отметить другое обстоятельство. При  комнатных температурах обеспечить длительную задержку света значительно сложнее из-за сопутствующих процессов релаксации. В настоящее время в разных физических лабораториях проводятся интенсивные исследования систем замедления света, как при сверхнизких, так и при комнатных температурах.

– Требуют ли опыты уникального, не производимого промышленностью оборудования?


– Да, как и во всяком современном физическом эксперименте, в опытах по замедлению света требуется оборудование высочайшего класса. Какая-то часть оборудования, например, лазер с требуемыми характеристиками или параметрический кристалл, может быть заказана по каталогам ведущих производящих фирм. Однако многие уникальные элементы изготавливаются непосредственно в лаборатории по ходу подготовки эксперимента. Образно говоря, в наш высокотехнологический век талант экспериментатора по-прежнему представляет главную ценность в лаборатории.

– Какая среда может быть использована в квантовом компьютере?


– Квантовый компьютер – это отдельная и наиболее сложная задача квантово-информационного проекта. В литературе и на конференциях периодически появляются сообщения о  демонстрационных экспериментах в этой области. В качестве физических носителей квантовых битов, формирующих квантовый регистр, наиболее успешно используются ионы атомов, находящиеся в специальных ионных ловушках. Обсуждаются также системы, представляющие собой искусственные алмазы с внедренными в них азотными вакансиями. Атомные ансамбли тоже являются одним из обсуждаемых кандидатов. Во всех случаях взаимодействие со светом необходимый элемент общения (интерфейса) между различными компонентами компьютерной сети.

- Как будет выглядеть такой компьютер?

– Сложно сказать и угадать, какая из физических схем победит. Я думаю, ответ на этот вопрос сейчас не так важен. Ясно, что, занимаясь этой проблемой, мы, безусловно, получим со временем выход к новым технологическим возможностям, о которых сейчас мы можем только догадываться.

- Каково его быстродействие по сравнению с существующими сейчас?

– Идея квантового компьютера была предложена американским физиком Ричардом Фейнманом в 80-х годах предыдущего столетия. Сейчас уже известны определенные математические алгоритмы, реализация которых принципиально возможна именно на квантовом компьютере. В ускорении вычислений используется его уникальная способность одновременного осуществления операций со всеми составляющими его квантового регистра – квантовый параллелизм, – ибо система квантовых битов представляет собой единое физическое состояние. Я думаю, возможности квантового компьютера будут раскрываться по мере его создания и совершенствования.

- Когда может появиться подобный компьютер?

– В варианте, доступном для потребителя, – очень сложно сказать. Я не являюсь экспертом в той области квантовой информации, которая занимается поиском алгоритмов для квантового компьютера.  Не исключено, что эта система, даже будучи отлаженной, будет заниматься задачами, далекими для рядового пользователя, например, анализом структуры сложных биологических объектов.

- От кого зависит появление квантового компьютера: теоретиков, экспериментаторов, финансирования?

– В этой области необходимо сотрудничество математиков и физиков, как экспериментаторов, так и теоретиков, и нужны надежные инженерные решения. Финансирование, безусловно, необходимо увеличивать. Но надо при этом понимать, что средства, вкладываемые в фундаментальные программы, всегда окупаются, хотя время, когда это произойдет, и область применения очень трудно оценить и предугадать.

- Насколько замедление света может ускорить передачу информации в интернете?

– С точки зрения публичных сетей и рядовых пользователей, сейчас серьезную проблему представляет не столько объем – сколько безопасность передаваемой информации. В этом смысле, используя принципы квантовой механики, между любой парой изолированных пользователей можно установить полностью безопасный с точки зрения секретности информационный канал.

В настоящее время возможно создание подобного квантового секретного канала в пределах расстояний, доступных волоконной оптике, т. е. порядка нескольких десятков километров. Системы квантовой памяти, или «остановки» света, нужны для создания так называемого квантового повторителя, являющегося определенным аналогом классического усилителя света. Квантовый повторитель позволит существенно (в десятки раз) расширить радиус действия каналов секретной передачи информации.

- От чего зависит прогресс в этой области?

– Мне хочется ответить философски – любому прогрессу не надо как минимум мешать. Настораживает в связи с этим усиливающийся в последнее время процесс клерикализации нашего общества и принижение авторитета естественных наук. А помогать прогрессу можно традиционными способами – всесторонне поддерживая фундаментальные исследования и не требуя от исполнителей работ сиюминутных результатов.     
 

Вадим Шувалов

Проект реализован на средства гранта Санкт-Петербурга в сфере средств массовой информации