Κλασικό Διαδίκτυο έναντι Κβαντικού Διαδικτύου: Πώς διαφέρουν;

By | February 28, 2024

Το Quantum Internet είναι ένα υποθετικό Internet υψηλής ταχύτητας που παρέχει εξαιρετικά ασφαλή συνδεσιμότητα με κβαντικές συσκευές σε όλο τον κόσμο. Στο μέλλον, το κβαντικό Διαδίκτυο θα είναι μια συλλογή μεγα-συστάδων δικτύων που θα αποτελούνται από μικρές κβαντικές υποδομές που χωρίζονται από μεγάλες αποστάσεις ή διεθνή σύνορα.

Αν και οι κβαντικοί υπολογιστές υπάρχουν στον φυσικό κόσμο, η έννοια του κβαντικού Διαδικτύου είναι επί του παρόντος θεωρητική. Τα υπάρχοντα κβαντικά δίκτυα επί του παρόντος δεν εκτείνονται πέρα ​​από τα ερευνητικά δωμάτια, αλλά σχετίζονται με τον κβαντικό υπολογισμό. Για παράδειγμα, το κβαντικό Διαδίκτυο βασίζεται σε κβαντομηχανικά φαινόμενα, όπως η υπέρθεση και η εμπλοκή, και εφαρμόζει κβαντικά κρυπτογραφικά πρωτόκολλα για την ασφάλεια των επικοινωνιών.

Ερευνητικές ομάδες διεξάγουν δοκιμές για να αποδείξουν τη διαπλοκή σε μεγάλες αποστάσεις και οι επιστήμονες συνεχίζουν να θεωρούν πώς αναμένουν ότι το κβαντικό Διαδίκτυο θα λειτουργήσει μόλις αναπτυχθεί. Μόλις υλοποιηθεί πλήρως, το κβαντικό Διαδίκτυο θα ενσωματωθεί με το κλασικό Διαδίκτυο για να λύσει πολύπλοκα προβλήματα και να επιτρέψει την ασφαλή επικοινωνία και τους υπολογιστές υψηλής ταχύτητας.

Κλασικό Διαδίκτυο έναντι Κβαντικού Διαδικτύου

Το κβαντικό Διαδίκτυο δεν θα αντικαταστήσει το κλασικό Διαδίκτυο. Αντίθετα, θα προσθέσει καλύτερες δυνατότητες για τη σύνδεση συσκευών σε σπίτια, εμπορικές επιχειρήσεις και επιχειρήσεις. Οι σημερινοί κβαντικοί υπολογιστές έχουν πρόσβαση στο κλασικό Διαδίκτυο για να εκτελέσουν ορισμένες εργασίες. Όλες οι κβαντικές συσκευές θα χρειαστεί τελικά να υποστηρίζουν το κβαντικό διαδίκτυο μέσω πρωτοκόλλων κβαντικού δικτύου.

Μονάδες δεδομένων

Το κλασικό Διαδίκτυο επιτρέπει στις συσκευές να μεταδίδουν, λαμβάνουν, υπολογίζουν και αποθηκεύουν πληροφορίες που παρουσιάζονται με τη μορφή bit. Το bit είναι η μικρότερη υπολογιστική μονάδα που υποδεικνύει τη λογική κατάσταση μιας συσκευής, όπως η ενεργοποίηση και η απενεργοποίηση, που αντιπροσωπεύονται ως 0 ή 1, αντίστοιχα. Μια ομάδα bit μπορεί να αντιπροσωπεύει έναν χαρακτήρα σε κείμενο, ένα pixel σε μια εικόνα ή μια εικόνα σε ένα βίντεο. Με άλλα λόγια, ομάδες bit αντιπροσωπεύουν κάθε πληροφορία στο Διαδίκτυο.

Το κβαντικό διαδίκτυο επιτρέπει στα διασυνδεδεμένα κβαντικά δίκτυα να ανταλλάσσουν πληροφορίες, που ονομάζονται qubits, κωδικοποιημένες σε δύο κβαντικές καταστάσεις. Με τον ίδιο τρόπο που ένα bit αντιπροσωπεύει το 0 ή το 1, ένα qubit αντιπροσωπεύει δύο κβαντικές καταστάσεις.

Μια κβαντική κατάσταση αντιπροσωπεύει είτε την πόλωση ενός φωτονίου είτε το σπιν ενός ηλεκτρονίου. Αυτές οι ιδιότητες επιτρέπουν στα qubits να κωδικοποιούν πληροφορίες σε ένα κβαντικό δίκτυο. Ωθούν τα qubit σε μια κατάσταση υπέρθεσης, στην οποία ένα qubit βρίσκεται και στις δύο καταστάσεις ταυτόχρονα και οποιεσδήποτε αλλαγές στο qubit επηρεάζουν και τις δύο καταστάσεις.

Στο κβαντικό Διαδίκτυο, οι λογικές λειτουργίες, όπως η διόρθωση σφαλμάτων ή η κρυπτογράφηση, μπορούν να τροποποιήσουν μεμονωμένα qubit χωρίς να επηρεάσουν άλλα qubit στο πακέτο δεδομένων. Αυτό διαφέρει από την ντετερμινιστική επεξεργασία που χρησιμοποιείται στο παραδοσιακό Διαδίκτυο, όπου η μετάδοση αλλάζει ανάλογα με το σύνολο των πληροφοριών που περιέχονται σε ένα πακέτο δεδομένων.

Τρόποι λειτουργίας

Το παραδοσιακό Διαδίκτυο στέλνει δεδομένα από την πηγή στους προορισμούς με υψηλή ταχύτητα. Κάθε πηγή και προορισμός έχει μια μοναδική διεύθυνση IP. Τα πρωτόκολλα δικτύου ενσωματώνουν πληροφορίες σε πακέτα και στέλνουν δεδομένα μέσω καναλιών από τον πομπό στον δέκτη. Το παραδοσιακό Διαδίκτυο βασίζεται στο πρωτόκολλο TCP/IP για να διασφαλίσει αξιόπιστη παράδοση δεδομένων, διεύθυνση IP, δρομολόγηση, ασφάλεια και άλλες σημαντικές απαιτήσεις δικτύου.

Επειδή το κβαντικό Διαδίκτυο είναι ακόμα υποθετικό και στα πρώτα στάδια ανάπτυξης μικρής κλίμακας, δεν υπάρχει ακόμη μια καλά καθορισμένη σουίτα πρωτοκόλλων δικτύου όπως το TCP/IP. Ωστόσο, οι ερευνητές έχουν αναπτύξει διάφορα πρωτόκολλα κβαντικής δικτύωσης κατά τη διάρκεια των ετών για να κάνουν δυνατή τη σημερινή κβαντική επικοινωνία. Τα πρωτόκολλα κβαντικών δικτύων βασίζονται σε αρχές κβαντομηχανικής για την ανταλλαγή qubits μέσα σε ένα δίκτυο.

Περιοχές κάλυψης

Το κλασικό Διαδίκτυο είναι ένα διασυνδεδεμένο παγκόσμιο δίκτυο που αποτελείται από μικρότερα δίκτυα που βρίσκονται σε όλο τον κόσμο. Το Διαδίκτυο αποτελείται από δισεκατομμύρια δίκτυα και δισεκατομμύρια χρήστες έχουν πρόσβαση σε αυτό καθημερινά για να περιηγηθούν στον Ιστό, να καταναλώσουν πληροφορίες και να επικοινωνήσουν με άλλους.

Η μέτρηση της κβαντικής κάλυψης του Διαδικτύου είναι πολύπλοκη επειδή υπάρχει μόνο σε υποθετικά σενάρια. Οι κβαντικοί ερευνητές δημιουργούν μπερδεμένες καταστάσεις σε μεγάλες αποστάσεις για να δοκιμάσουν την επέκταση των κβαντικών δικτύων. Μελέτες έχουν δείξει ότι η εμβέλεια κβαντικού δικτύου για επικοινωνίες οπτικών ινών είναι περίπου 62 μίλια. Οι επιστήμονες εφαρμόζουν κβαντικούς επαναλήπτες για να συλλάβουν ασθενή σήματα για αναμετάδοση για να αυξήσουν το εύρος της κβαντικής επικοινωνίας.

Κβαντική ή Κλασική Ασφάλεια Διαδικτύου

Στο κλασικό Διαδίκτυο, τα πρωτόκολλα ασφαλείας δικτύου επιτρέπουν το σχηματισμό ασφαλών καναλιών για αδιάλειπτη σύνδεση. Παραδείγματα πρωτοκόλλων ασφάλειας δικτύου περιλαμβάνουν:

  • IPsec.
  • Πρωτόκολλα διοχέτευσης σήραγγας VPN.
  • Επίπεδο ασφαλούς υποδοχής (SSL).
  • Secure Shell (SSH).
  • Ασφάλεια επιπέδων σήραγγας (TLS).
  • Προστατευμένη πρόσβαση Wi-Fi (WPA).

Στο κβαντικό Διαδίκτυο, ωστόσο, η ανάπτυξη κρυπτογραφικών πρωτοκόλλων βασίζεται στην κβαντική διανομή κλειδιού (QKD). Το QKD μοιράζεται ένα μη αναστρέψιμο μυστικό κλειδί μεταξύ συσκευών που είναι συνδεδεμένες στο κβαντικό διαδίκτυο. Οι χάκερ δεν μπορούν να προσδιορίσουν με ακρίβεια την κατάσταση ενός μπερδεμένου qubit, επειδή οποιαδήποτε μέτρηση καταρρέει τη συνάρτηση κύματος. Το κβαντικό διαδίκτυο εφαρμόζει επίσης κβαντικά κρυπτογραφικά πρωτόκολλα για την προστασία της επικοινωνίας.

Αξιοπιστία

Το παραδοσιακό Διαδίκτυο λειτουργεί γενικά αξιόπιστα, αλλά το ποσοστό αξιοπιστίας της μεταφοράς πακέτων δεδομένων δεν είναι πάντα εγγυημένο. Τα δίκτυα συχνά αντιμετωπίζουν απώλεια πακέτων λόγω συμφόρησης και αστοχιών υλικού, μεταξύ άλλων παραγόντων. Η απώλεια πακέτων εμποδίζει τη μετάδοση δεδομένων μέσω του Διαδικτύου και μερικές φορές δημιουργεί λανθάνουσα κατάσταση.

Το κβαντικό Διαδίκτυο θα μπορούσε επίσης να αντιμετωπίσει απώλεια qubit, ένα πρόβλημα παρόμοιο με την απώλεια πακέτων. Η απώλεια qubits, γνωστή και ως κβαντική αποσυνοχή, είναι ένα πρόβλημα που εμφανίζεται συχνά όταν όλα τα στοιχεία ενός κβαντικού περιβάλλοντος αλληλεπιδρούν με ένα σύστημα, με αποτέλεσμα την απώλεια φωτονίων. Δεδομένου ότι τα κβαντικά δίκτυα βρίσκονται ακόμη σε αρχικό στάδιο, οι επιστήμονες δεν γνωρίζουν ακόμη πώς να αποτρέψουν ή να διορθώσουν την αποσυνοχή, αλλά οι ερευνητές συνεχίζουν να μελετούν τα αίτια της.

Κβαντικές και κλασικές ταχύτητες Διαδικτύου

Οι τυπικές ταχύτητες διαδικτύου κυμαίνονται από Mbps έως Gbps. Οι ταχύτητες Mbps είναι καλές για βασικές δραστηριότητες στο Διαδίκτυο, όπως η περιήγηση στο διαδίκτυο, η αποστολή email και η ροή. Οι ταχύτητες Gbps υποστηρίζουν περιπτώσεις χρήσης με μεγαλύτερη ένταση εύρους ζώνης, όπως λήψεις αρχείων, τηλεδιάσκεψη και παιχνίδια.

Οι πρώτες θεωρίες προέβλεπαν ότι η κβαντική επικοινωνία θα ήταν ταχύτερη από την ταχύτητα του φωτός, αλλά η τρέχουσα έρευνα δείχνει ότι αυτό δεν συμβαίνει. Οι ερευνητές έχουν διατυπώσει τη θεωρία ότι η κβαντική επικοινωνία έρχεται σε αντίθεση με την αρχή της αιτιότητας, η οποία δηλώνει ότι κάθε αιτία έχει ένα αποτέλεσμα. Η κβαντική επικοινωνία αμφισβητεί αυτήν την αρχή επειδή η εμπλοκή – η ιδιότητα που συνδέει τα qubits μεταξύ τους για να επιτρέψει την επικοινωνία μεταξύ τους – μπορεί να συμβεί ανεξάρτητα από την απόσταση μεταξύ των qubits.

Η κβαντική εμπλοκή απαιτεί οι καταστάσεις δύο qubit να εξαρτώνται άμεσα η μία από την άλλη. Θεωρητικά, τα qubits θα μπορούσαν να απέχουν δισεκατομμύρια μίλια μεταξύ τους, αλλά μπορούν να επικοινωνούν μεταξύ τους αμέσως. Εφόσον η κβαντική εμπλοκή δηλώνει ότι είναι αδύνατο να μετρηθεί τόσο η θέση όσο και η ορμή ενός μπλεγμένου σωματιδίου, η ταχύτητα του κβαντικού διαδικτύου είναι απίθανο να ταξιδέψει με την ταχύτητα του φωτός.

Σύγκριση Κβαντικού και Κλασικού Διαδικτύου

Ο παρακάτω πίνακας συνοψίζει τις διαφορές μεταξύ του κβαντικού Διαδικτύου και του κλασικού Διαδικτύου.

Χαρακτηριστικό γνώρισμα Κλασικό Διαδίκτυο Κβαντικό Διαδίκτυο
Μονάδα δεδομένων Λίγο Qubits
Τρόπος λειτουργίας Σουίτα πρωτοκόλλου TCP/IP Αρχές κβαντικής μηχανικής
Κουβέρτα Παγκόσμια Μικρότερο, με μερικά δίκτυα κβαντικών υπολογιστών
Πρωτόκολλα ασφαλείας IPsec, VPN, SSL, SSH, TLS, WPA QKD, κβαντική ασφαλής άμεση επικοινωνία, κβαντικά κρυπτογραφικά πρωτόκολλα
Αξιοπιστία Υψηλό, αλλά με απώλεια πακέτων Χαμηλό, με συχνή ανάγκη για κωδικούς διόρθωσης σφαλμάτων
Ταχύτητα Mbit/s σε Gbit/s

Θεωρητικά υψηλό

Κατάσταση υλοποίησης 5,4 δισεκατομμύρια χρήστες παγκοσμίως Υποθετικός

Πώς το Κβαντικό και το Κλασικό Διαδίκτυο συνεργάζονται

Οι ερευνητές προβλέπουν ότι το κβαντικό Διαδίκτυο και το κλασικό Διαδίκτυο θα συνεργαστούν για να λύσουν πολύπλοκα προβλήματα. Το κβαντικό Διαδίκτυο και το κλασικό Διαδίκτυο θα μπορούσαν να συνεργαστούν, ιδίως μέσω της δημιουργίας υβριδικών κβαντικών δικτύων, υπερυπολογιστών ή υπεραγώγιμων δυαδικών ψηφίων.

Κβαντικά υβριδικά δίκτυα

Ένα υβριδικό κβαντικό δίκτυο υλοποιεί στοιχεία τόσο των κλασικών όσο και των κβαντικών δικτύων Διαδικτύου σε ένα ενιαίο δίκτυο. Μια ενοποίηση θα μπορούσε να επεκτείνει την ασφάλεια μέσω QKD. Το θεώρημα μη κλωνοποίησης αποτρέπει τη δημιουργία διπλότυπων αντιγράφων οποιασδήποτε κβαντικής κατάστασης, αλλά ο πλεονασμός είναι απαραίτητος σε εταιρικά περιβάλλοντα. Επιπλέον, τα κβαντικά δίκτυα είναι επιρρεπή σε σφάλματα. Οι διαχειριστές δικτύου μπορούν να αναπτύξουν συσκευές διόρθωσης σφαλμάτων σε κβαντικά δίκτυα για την εξάλειψη σφαλμάτων.

Το κβαντικό Διαδίκτυο θα μπορούσε να ξεπεράσει τους υπερυπολογιστές

Οροι κβαντικό δίκτυο Και υπερυπολογιστές φαίνονται αλληλένδετα, αλλά στην πράξη, οι υπερυπολογιστές είναι μια κλασική περίπτωση χρήσης του Διαδικτύου. Ένας υπερυπολογιστής είναι ένα μηχάνημα γενικής χρήσης που λειτουργεί σε bit για να εκτελεί μεγάλους, πολύπλοκους υπολογισμούς και να χειρίζεται μεγάλους όγκους δεδομένων. Ακόμη και στα πρώτα στάδια, το κβαντικό Διαδίκτυο μπορεί να βοηθήσει τους κβαντικούς υπολογιστές να ξεπεράσουν τη δεκαετή κληρονομιά των υπερυπολογιστών σε πραγματικό χρόνο.

Υπεραγώγιμα Bits

Υπεραγώγιμος Κβαντικός Υπολογισμός περιγράφει την ενοποίηση υπεραγωγών και κβαντικών δικτύων. Με άλλα λόγια, τα υπεραγώγιμα μπιτ κατασκευάζονται σε υπεραγώγιμα κυκλώματα. Οι υπεραγωγοί αντικαθιστούν το υλικό ημιαγωγών. Οι ειδικοί προβλέπουν ότι το κβαντικό Διαδίκτυο θα λειτουργεί σε υπεραγώγιμες συσκευές στο μέλλον για να ενεργοποιήσει το κβαντικό υπολογιστικό νέφος.

Quantum Internet: Web x.0

Το κλασικό Διαδίκτυο αναπτύχθηκε για πρώτη φορά ως Web 1.0 στη δεκαετία του 1990 και έδωσε στους χρήστες στατικό έλεγχο του Διαδικτύου. Το δεύτερο στάδιο, το Web 2.0, ήταν η δυναμική επανάσταση των μέσων κοινωνικής δικτύωσης που επικεντρώθηκε στη σύνδεση των χρηστών. Η τελευταία επανάληψη, το Web 3.0, εστιάζει στην αποκέντρωση και την ιδιοκτησία.

Οι ειδικοί οπτικοποιούν την έννοια του Web 4.0 ως μια ενσωμάτωση AI του φυσικού και του εικονικού κόσμου. Το κβαντικό Διαδίκτυο θα μπορούσε να έχει ένα προβάδισμα στα προχωρημένα στάδια του Web 4.0 ή οποιασδήποτε άλλης μελλοντικής επανάληψης του Ιστού. Το κβαντικό Διαδίκτυο θα μπορούσε να οδηγήσει σε ένα Διαδίκτυο χωρίς χάκερ, γρήγορο και μη αναπαραγόμενο.

Η Venus Kohli είναι μηχανικός ηλεκτρονικών και τηλεπικοινωνιών, έχοντας ολοκληρώσει το πτυχίο της μηχανικού από το Bharati Vidyapeeth College of Engineering, University of Mumbai το 2019. Η Kohli εργάζεται ως τεχνική συγγραφέας για ηλεκτρονικά, ηλεκτρικά, δικτύωση και διάφορες άλλες τεχνολογικές κατηγορίες.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *