Квантовая связь обещает революцию в области передачи данных, обеспечивая молниеносную скорость и беспрецедентную безопасность. В основе этих сетей лежит квантовая запутанность – явление «жуткой» взаимосвязи частиц. Однако, ключевая проблема квантовых сетей заключается в том, что запутанные фотоны, используемые для передачи информации, исчезают после каждого сеанса связи. Это похоже на «сжигание моста» после каждого перехода, что приводит к разрушению сети после ее использования.
Исследователи из Северо-Западного университета, в том числе Сянъи Мэн, ранее работавшая в группе Ковача и ныне являющаяся доцентом физики в Политехническом институте Ренсселера, и Иштван Ковач, доцент физики и астрономии, специалист по сложным системам, предложили инновационную стратегию «мостов» для решения этой проблемы. Их работа, опубликованная в журнале Physical Review Letters (DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.030803) и представленная на arXiv под идентификатором arXiv: 2406.12228 (DOI: 10.48550/arxiv.2406.12228), представляет модель динамического восстановления квантовых сетей.
Суть предложенной стратегии заключается в добавлении новых соединений, или «мостов», в квантовую сеть после каждого сеанса связи. Это позволяет поддерживать непрерывность сети, предотвращая её фрагментацию и обеспечивая стабильную работу. Исследование, озаглавленное "Physicists propose 'bridge' strategy to stabilize quantum networks", рассматривает явление «перколяции путей» – процесс постепенного разрушения сети из-за удаления каналов связи после использования.
Ключевым моментом в стратегии «мостов» является определение оптимального количества новых соединений, которые необходимо добавлять после каждого сеанса. Слишком большое количество «мостов» приведет к перегрузке ресурсов и излишним затратам. Слишком малое количество – не сможет обеспечить необходимую связность, и сеть станет фрагментированной, не способной удовлетворить запросы пользователей. Необходимо найти «магическое число», обеспечивающее баланс и стабильность.
В результате моделирования, ученые обнаружили, что критическое количество новых соединений, необходимых для поддержания стабильности квантовой сети, на удивление невелико. Оно определяется как квадратный корень из числа пользователей сети. Например, для сети с миллионом пользователей потребуется всего тысяча новых соединений после каждого сеанса связи, чтобы гарантировать её непрерывную работу.
В отличие от классических сетей связи, которые опираются на инфраструктуру с высокой пропускной способностью, квантовые сети имеют принципиальное ограничение: каждое квантовое соединение способно передать только одну единицу информации, прежде чем стать непригодным для дальнейшего использования. Это фундаментальное отличие требует принципиально новых подходов к проектированию и управлению квантовыми сетями.
Найденное решение открывает путь к созданию оптимизированных и надежных квантовых сетей, способных обеспечить сверхбыстрые вычисления и ультра-безопасную связь. Это приближает нас к реализации концепции квантового интернета, о котором говорят уже не первый год.
В отличие от классического интернета, который развивался стихийно, квантовый интернет может быть спроектирован «с нуля» как устойчивая и отказоустойчивая система. Предложенная стратегия «мостов», опубликованная в Physical Review Letters 23 января 2025 года (согласно цитированию от 24 января 2025 года в новости от NorthweStеrn University, доступной по URL: , при условии соблюдения авторских прав), позволяет заложить основу для создания квантового интернета, который будет не только мощным, но и долговечным.
Исследование "Path Percolation in Quantum Communication Networks" проводилось в Северо-Западном университете под руководством Иштвана Ковача, а Сянъи Мэн внесла значительный вклад, будучи в то время научным сотрудником в его группе. Результаты этой работы представляют собой важный шаг на пути к практической реализации квантовых коммуникационных сетей.
Изображение носит иллюстративный характер
Исследователи из Северо-Западного университета, в том числе Сянъи Мэн, ранее работавшая в группе Ковача и ныне являющаяся доцентом физики в Политехническом институте Ренсселера, и Иштван Ковач, доцент физики и астрономии, специалист по сложным системам, предложили инновационную стратегию «мостов» для решения этой проблемы. Их работа, опубликованная в журнале Physical Review Letters (DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.030803) и представленная на arXiv под идентификатором arXiv: 2406.12228 (DOI: 10.48550/arxiv.2406.12228), представляет модель динамического восстановления квантовых сетей.
Суть предложенной стратегии заключается в добавлении новых соединений, или «мостов», в квантовую сеть после каждого сеанса связи. Это позволяет поддерживать непрерывность сети, предотвращая её фрагментацию и обеспечивая стабильную работу. Исследование, озаглавленное "Physicists propose 'bridge' strategy to stabilize quantum networks", рассматривает явление «перколяции путей» – процесс постепенного разрушения сети из-за удаления каналов связи после использования.
Ключевым моментом в стратегии «мостов» является определение оптимального количества новых соединений, которые необходимо добавлять после каждого сеанса. Слишком большое количество «мостов» приведет к перегрузке ресурсов и излишним затратам. Слишком малое количество – не сможет обеспечить необходимую связность, и сеть станет фрагментированной, не способной удовлетворить запросы пользователей. Необходимо найти «магическое число», обеспечивающее баланс и стабильность.
В результате моделирования, ученые обнаружили, что критическое количество новых соединений, необходимых для поддержания стабильности квантовой сети, на удивление невелико. Оно определяется как квадратный корень из числа пользователей сети. Например, для сети с миллионом пользователей потребуется всего тысяча новых соединений после каждого сеанса связи, чтобы гарантировать её непрерывную работу.
В отличие от классических сетей связи, которые опираются на инфраструктуру с высокой пропускной способностью, квантовые сети имеют принципиальное ограничение: каждое квантовое соединение способно передать только одну единицу информации, прежде чем стать непригодным для дальнейшего использования. Это фундаментальное отличие требует принципиально новых подходов к проектированию и управлению квантовыми сетями.
Найденное решение открывает путь к созданию оптимизированных и надежных квантовых сетей, способных обеспечить сверхбыстрые вычисления и ультра-безопасную связь. Это приближает нас к реализации концепции квантового интернета, о котором говорят уже не первый год.
В отличие от классического интернета, который развивался стихийно, квантовый интернет может быть спроектирован «с нуля» как устойчивая и отказоустойчивая система. Предложенная стратегия «мостов», опубликованная в Physical Review Letters 23 января 2025 года (согласно цитированию от 24 января 2025 года в новости от NorthweStеrn University, доступной по URL: , при условии соблюдения авторских прав), позволяет заложить основу для создания квантового интернета, который будет не только мощным, но и долговечным.
Исследование "Path Percolation in Quantum Communication Networks" проводилось в Северо-Западном университете под руководством Иштвана Ковача, а Сянъи Мэн внесла значительный вклад, будучи в то время научным сотрудником в его группе. Результаты этой работы представляют собой важный шаг на пути к практической реализации квантовых коммуникационных сетей.
