În următorii ani, dacă lucrurile merg în direcția bună, internetul cuantic îi va lua locul internetului pe care îl cunoaștem în prezent. În februarie 2020, oamenii de știință de la Laboratorul Național Argonne al Departamentului de Energie al SUA și de la Universitatea din Chicago au dezvăluit că au realizat o încurcătură cuantică peste o rețea de buclă cuantică de 83,7 kilometri în suburbiile Chicago.

Poate vă întrebați despre ce este toată agitația, dacă nu sunteți un om de știință familiarizat cu mecanica cuantică – adică comportamentul materiei și energiei la cea mai mică scară a realității, care este deosebit de diferită de lumea pe care o putem vedea în jur.

Dar isprava cercetătorilor ar putea fi un pas important în dezvoltarea unei noi versiuni mult mai puternice a internetului în următoarele câteva decenii. Este vorba despre internetul cuantic. În loc de biții pe care îi folosește rețeaua de astăzi, care pot exprima doar o valoare fie 0, fie 1, internetul cuantic va utiliza qubiți de informații cuantice, care pot lua un număr infinit de valori. 

Un quibit este unitatea de informare pentru un computer cuantic; este ca un bit într-un computer obișnuit.

Acest lucru ar oferi internetului cuantic o lățime de bandă mai mare, ceea ce ar face posibilă conectarea computerelor cuantice super-puternice și a altor dispozitive și să ruleze aplicații masive care pur și simplu nu sunt posibile cu internetul pe care îl avem acum.

„Un internet cuantic va fi platforma unui ecosistem cuantic, în care computerele, rețelele și senzorii fac schimb de informații într-un mod fundamental nou, în care sensul, comunicarea și calculul funcționează literalmente împreună ca o singură entitate. Această idee revoluționează pur și simplul internetul.

Ce este internetul cuantic?

Pentru început, internetul cuantic nu este un înlocuitor al internetului obișnuit pe care îl avem acum. Mai degrabă ar fi o completare sau o ramură a acestuia. Ar fi capabil să se ocupe de unele dintre problemele care afectează actualul internet. 

De exemplu, un internet cuantic ar oferi o protecție mult mai mare împotriva hackerilor și infractorilor cibernetici. Chiar acum, dacă Alice din Timișoara îi trimite un mesaj lui Silviu din Constanța prin internet, acel mesaj călătorește mai mult sau mai puțin în linie dreaptă. Pe parcurs, semnalele care transmit mesajul se degradează; repetitoarele citesc semnalele, amplifică și corectează erorile. Dar acest proces le permite hackerilor să „pătrundă” și să intercepteze mesajul.

Cu toate acestea, un mesaj cuantic nu ar avea această problemă. Rețelele cuantice folosesc particule de fotoni de lumină pentru a trimite mesaje care nu sunt vulnerabile la atacurile cibernetice. În loc să criptăm un mesaj folosind complexitatea matematică, ne-am baza pe regulile particulare ale fizicii cuantice. Informația cuantică, „nu o poți copia sau tăia în jumătate și nici măcar nu o poți privi fără să o schimbi”. De fapt, doar încercarea de a intercepta un mesaj distruge mesajul. Acest lucru ar permite o criptare care ar fi mult mai sigură decât orice e disponibil în prezent.

„Cea mai ușoară modalitate de a înțelege conceptul de internet cuantic este prin intermediul conceptului de teleportare cuantică”,

susține Sumeet Khatri , cercetător la Universitatea de Stat Louisiana, SUA. 

El și colegii săi au scris o lucrare despre fezabilitatea unui internet cuantic bazat pe spațiu , în care sateliții ar difuza continuu fotoni încâlciți până la suprafața Pământului.

Teleportarea cuantică este diferită de ceea ce mintea unui om normal ar putea înțelege. În teleportarea cuantică, doi oameni care doresc să comunice împart o pereche de particule cuantice care sunt încurcate. Apoi, printr-o secvență de operații, emițătorul poate trimite orice informație cuantică către receptor (deși nu se poate face mai repede decât lumina, o concepție greșită obișnuită). Această colecție de încurcături partajate între perechi de oameni din întreaga lume constituie în esență internetul cuantic.

internetul cuantic
Internetul cuantic devine o realitate.

Întrebarea centrală de cercetare este cum să distribuiți cel mai bine aceste perechi încurcate oamenilor distribuiți peste tot în lume?

Beneficiile internetului cuantic

Odată ce va fi posibil să faceți acest lucru la scară largă, internetul cuantic ar fi atât de uimitor de rapid încât ceasurile îndepărtate ar putea fi sincronizate de aproximativ o mie de ori mai precis decât cele mai bune ceasuri atomice disponibile astăzi. Acest lucru ar face navigarea prin GPS mult mai precisă decât este în prezent și va cartografia câmpul gravitațional al Pământului încât oamenii de știință ar putea observa ondulația undelor gravitaționale. De asemenea, ar putea face posibilă teleportarea fotonilor de la telescoape cu lumină vizibilă îndepărtată de pe tot Pământul și conectarea lor într-un observator virtual gigant.

De asemenea, ar fi posibil ca rețelele de calculatoare cuantice super-puternice de pe tot globul să lucreze împreună și să creeze simulări incredibil de complexe. Acest lucru ar putea permite cercetătorilor să înțeleagă mai bine comportamentul moleculelor și proteinelor, de exemplu, și să dezvolte și să testeze noi medicamente.

De asemenea, ar putea ajuta fizicienii să rezolve unele dintre misterele realității. Nu avem o imagine completă a modului în care funcționează universul. Avem o înțelegere foarte bună a modului în care funcționează mecanica cuantică, dar nu o imagine foarte clară a implicațiilor. Imaginea este neclară acolo unde mecanica cuantică se intersectează cu experiența noastră trăită.

Provocările construirii internetului cuantic

Dar înainte de a se putea întâmpla ceva din toate acestea, cercetătorii trebuie să-și dea seama cum să construiască un internet cuantic și, având în vedere ciudățenia mecanicii cuantice, asta nu va fi ușor.

În lumea clasică puteți codifica informațiile și le puteți salva și nu se degradează. În lumea cuantică, codificați informația și aceasta începe să se degradeze aproape imediat.

O altă problemă este că, deoarece cantitatea de energie care corespunde informațiilor cuantice este cu adevărat scăzută, este dificil să o împiedici să interacționeze cu lumea exterioară. Astăzi, „în multe cazuri, sistemele cuantice funcționează doar la temperaturi foarte scăzute. O altă alternativă este să lucrați în vid și să pompați tot aerul afară.

Pentru a face o funcție de internet cuantică, vom avea nevoie de un hardware care nu a fost încă dezvoltat. Așadar, este greu de spus în acest moment când va funcționa un internet cuantic, deși un om de știință chinez și- a imaginat că s-ar putea întâmpla în 2030.