Что такое квантовые сети и что они могут означать для центров обработки данных?

Хотя концепция квантовых сетей еще не готова к прайм-тайму, она набирает обороты. Давайте посмотрим, как она работает и как она может повлиять на центры обработки данных в ближайшие годы.

К настоящему моменту вы, возможно, уже слышали о том, как квантовые компьютеры могут преобразовать центры обработки данных.

Но как насчет квантовых сетей, не менее важного компонента для использования всех преимуществ квантовых вычислений? Во многих отношениях квантовые сети представляют собой еще более сложную задачу для операторов центров обработки данных, чем сами квантовые компьютеры.

Вот почему, а также типы изменений, которые операторам центров обработки данных, возможно, придется внести, чтобы обеспечить эффективную связь квантовых компьютеров по сети.

Что такое квантовые сети?

Квантовые сети — это использование квантовой механики для обмена данными между цифровыми устройствами.

Это означает, что когда мы говорим о квантовых сетях, мы говорим о большем, чем просто о соединении квантовых компьютеров с использованием обычной сетевой инфраструктуры. Квантовые сети — это принципиально новый подход к сетям.

Обычные сети разделяют данные на пакеты и перемещают их по проводам или радиоволнам, используя давно известные сетевые протоколы, такие как TCP/IP. Напротив, квантовые сети перемещают данные с помощью фотонов или электронов. Они используют уникальные аспекты квантовой физики для включения новых мощных функций, таких как запутанность, которая фактически позволяет проверять источник данных на основе квантового состояния самих данных.

Как работает квантовая сеть?

В настоящее время квантовые сети остаются в основном экспериментальной областью, и исследователи предлагают различные стратегии построения квантовых сетей.

При этом в большинстве случаев квантовые сети работают на основе следующих ключевых принципов:

Таким образом, теоретически квантовые сети предлагают мощное средство передачи информации по сетям с уровнем встроенной безопасности и конфиденциальности, который обычные сети просто не поддерживают — по крайней мере, с помощью таких дополнений, как сетевое шифрование.

Однако ключевое различие между такими решениями, как обычное сетевое шифрование, и квантовыми сетевыми функциями, такими как запутанность, заключается в том, что первое потенциально может быть преодолено различными способами, поскольку шифрование основано на программных алгоритмах, которые могут иметь недостатки. Напротив, такие возможности, как квантовая запутанность, используют очень низкоуровневые физические принципы для защиты данных, что приводит к гораздо более высокой безопасности для данных, которые передаются по сетям.

Проблемы квантовых сетей

Хотя квантовые сети предлагают важные преимущества по сравнению с традиционными сетями, они также создают некоторые уникальные проблемы.

Главным из них является тот факт, что передача кубитов на большие географические расстояния затруднена, поскольку состояние кубитов может измениться, если они столкнутся с помехами, а чем дольше кубиты должны путешествовать, тем выше риск помех.

Чтобы решить эту проблему, квантовые исследователи работают над квантовыми повторителями , которые могут надежно копировать кубиты и перемещать их по сетям. Но пока прогресс в этой области остается медленным .

Реализация квантовых сетей также является сложной задачей в настоящее время, поскольку не существует ничего похожего на стандартизированные квантовые сетевые протоколы. Другими словами, не существует эквивалента протокола TCP/IP, который сообщает квантовым устройствам, как кодировать данные и передавать их по квантовой сети способами, которые могут понять другие квантовые компьютеры.

Эту проблему, вероятно, можно будет решить со временем (поначалу в классических сетях также отсутствовали стандартизированные протоколы), но пока исследователи и поставщики квантовых технологий не начнут эффективно сотрудничать в области сетевых стандартов, ничего похожего на квантовую сеть, готовую к использованию в реальном мире, вряд ли будет существовать.

Влияние квантовых сетей на центры обработки данных

Поскольку квантовые сети остаются теоретической и экспериментальной областью, в настоящее время сложно сказать, как именно квантовые сети могут изменить центры обработки данных.

Однако, что кажется очевидным, так это то, что операторам центров обработки данных, стремящимся предложить полную поддержку квантовых устройств, необходимо будет внедрить принципиально новые типы сетевой инфраструктуры. Им необходимо будет развернуть инфраструктурные ресурсы, такие как квантовые повторители, а также обеспечить поддержку любых сетевых стандартов, которые могут появиться в квантовом пространстве.

Хорошей новостью для молодой экосистемы квантовых центров обработки данных является то, что настоящие квантовые сети не являются обязательным условием для подключения квантовых компьютеров. Квантовые машины сами могут отправлять и получать данные по классическим сетям, используя традиционные компьютеры и сетевые устройства в качестве посредников.

Но эти сети не обеспечивают сложную защиту конфиденциальности и безопасности квантовых сетей или не позволяют квантовым устройствам обмениваться данными в их собственном формате. Достижение этой стадии потребует значительных новых инвестиций в инфраструктуру квантовых сетей и программное обеспечение внутри центров обработки данных — процесс, который, вероятно, займет много лет, учитывая текущее состояние квантовых сетей.