Mengikuti artikel pertama saya tentang komputer kuantum, sekarang saya menjelajahi dan mencoba menjelaskan dunia jaringan kuantum yang sama fantastis dan menantangnya. Dengan komputasi kuantum hadir jaringan kuantum, dan teknologi terbaik yang kami miliki untuk itu adalah serat optik. Meskipun komputer kuantum mendekati keajaiban mutlak, mereka masih membutuhkan jaringan untuk berkomunikasi, dan, sebagian besar, kita tidak melihat tembaga. Serat optik adalah masalahnya, tetapi ada tantangan aneh dalam mengirimkan foton kecil semuanya sendiri. Dan bahkan jika masa depan terlihat semua kuantum, Anda dapat bertaruh masih akan ada banyak teknologi lama yang bekerja secara paralel selama bertahun-tahun, jadi memastikan mereka semua dapat hidup berdampingan dan tetap aman akan menjadi salah satu tantangan yang lebih besar bagi sysadmin.
Internet seperti yang kita kenal
Sebagai seorang remaja, saya dan beberapa teman saya pergi ke Amerika Serikat sebagai siswa pertukaran. Sementara kami meningkatkan kemampuan bahasa Inggris kami, kami juga mencatat kenyamanan untuk dapat berkomunikasi secara pribadi di antara kami sendiri dengan beralih ke bahasa ibu kami, Swedia. Kami bisa berbicara semua jenis sampah di tempat umum, dan tidak ada yang akan mengerti. Begitulah, sampai suatu hari, seorang wanita yang lebih tua menatap kami dengan mata tegas dan memberi tahu kami dalam bahasa Swedia yang sempurna bahwa kami harus malu pada diri sendiri dan memikirkan bahasa kami. Tersipu dan merasa sangat konyol, kami menggumamkan permintaan maaf kami dan segera keluar.
Internet serupa dalam hal, sebagian besar waktu, kita dapat melakukan percakapan pribadi dan aman; namun, selalu ada risiko komunikasi itu disadap. Informasi dapat dicuri atau terdistorsi, jadi ada banyak alasan bagus mengapa tim keamanan mengabaikan setiap tanda kerentanan, terutama jika Anda bekerja dengan profil tinggi atau informasi bernilai tinggi.
Internet, seperti yang kita ketahui, penuh dengan protokol keamanan dan algoritma enkripsi untuk melindungi percakapan kita dan semua data yang kita hasilkan. Tetapi dengan kekuatan jahat pada umumnya, ada risiko konstan bahwa mereka berhasil mendekripsi, mencuri, menyalin, memalsukan, atau memanfaatkan informasi berharga kami. Jika mereka tidak dapat memecahkannya, mereka dapat memblokirnya dengan melepaskan semua jenis malware kreatif dan serangan untuk membanjiri tautan komunikasi.
Komputer kuantum berkomunikasi secara berbeda.
[ Pembaca juga menyukai: Menjalankan pemindaian NMAP cepat untuk menginventarisasi jaringan saya ]
Jaringan terjerat kuantum
Keterikatan kuantum adalah ketika dua partikel yang terhubung ditempatkan di lokasi yang berbeda, di mana pengirim memiliki satu bagian, dan penerima memiliki yang lain. Partikel terjerat secara bersamaan akan mengadopsi posisi berlawanan dari partikel terjerat lainnya. Dengan cara ini, Anda langsung tahu apa yang dilakukan pihak lain, dan anehnya pada tahap ini, tidak ada komunikasi untuk dicegat.
Di University of Bristol, tim ilmuwan internasional telah menciptakan jaringan kuantum yang, jika diperluas, memiliki "potensi untuk melayani jutaan pengguna." Ini terdengar sangat ambisius, dan ini adalah masalah yang cukup besar karena, sampai sekarang (saat artikel ini ditulis), jaringan terjerat kuantum sebagian besar hanya terdiri dari dua node. Memperluasnya dengan lebih banyak node tidaklah mudah, karena memerlukan banyak komponen mahal yang, pada gilirannya, memerlukan dukungan finansial yang besar. Tim Bristol telah membuat jaringan kuantum dengan delapan node dan menggunakan delapan kotak penerima.
Menimbang bahwa metode sebelumnya akan membutuhkan 56 kotak untuk merawat delapan node, ini adalah terobosan besar. Juga, fakta bahwa mereka menggunakan teknologi yang ada bahkan lebih baik, tetapi tantangannya masih jarak, yang akan saya bahas nanti.
Selamat tinggal, tembaga
Informasi dalam jaringan kuantum dapat ditransfer dalam serat optik, dan itu, tentu saja, sangat bagus karena ada banyak di sekitarnya, dan lebih banyak lagi yang diluncurkan. Foton keadaan kuantum yang berjalan di sepanjang serat optik sangat sensitif terhadap interferensi, yang berarti keadaan kuantum mudah hilang. Foton sangat kecil dan lemah sehingga, setelah beberapa jarak, mereka diserap ke dalam kabel serat optik. Ada banyak penelitian tentang cara mengatasi tantangan ini, dan kemajuan sedang dibuat, tetapi sejauh ini, hanya pada suhu sekitar nol mutlak.
Tidak haus kekuasaan
Saya telah menulis tentang komputer kuantum dan mengatakan bahwa komputer itu besar, besar, dan menghabiskan banyak energi. Masalahnya, energi itu diperlukan untuk menciptakan keadaan khusus yang diperlukan agar fisika kuantum dapat bekerja. Ini termasuk hal-hal seperti vakum, suhu mendekati nol mutlak, dan lingkungan yang benar-benar bebas dari gangguan. Foton dan elektron sebenarnya yang "melakukan kuantum" membutuhkan daya yang sangat kecil, jadi begitu keadaan kuantum dapat beroperasi dengan andal pada suhu kamar, kita mungkin melihat komputer yang jauh lebih kecil yang membutuhkan sangat sedikit energi.
Repeater kuantum
Seperti yang telah disebutkan, jaringan serat optik saat ini memiliki kemampuan yang mengganggu dalam menyerap foton yang ditransmisikan, dan ini terjadi hanya dalam beberapa kilometer. Intinya adalah bahwa belitan kuantum adalah keadaan yang sangat rapuh, dan sulit untuk dipertahankan. Bahkan gangguan atau interaksi terkecil antara salah satu foton dan apa pun yang ada di sekitarnya akan memutuskan hubungan—masukkan repeater. Namun, repeater saat ini memiliki keterbatasan dan kerentanan serta menjadi rumit untuk dipelihara begitu Anda mulai meningkatkannya.
Mengoper tongkat estafet
Sebuah repeater kuantum akan mengukur sifat kuantum dari foton yang datang. Repeater kemudian mentransfer properti kuantum ke foton baru dan mengirimkannya pada langkah berikutnya. Mengingat dengan mudah ada 100.000 foton per detik, repeater akan menjadi tempat yang sibuk.
Proses relai ini memungkinkan untuk menyebarkan keterikatan pada jarak yang jauh lebih jauh, tetapi dalam dunia saya yang sederhana, saya hanya ingin tahu bagaimana kita dapat memastikan bahwa sifat-sifat kuantum yang benar ditransfer. Mungkin, ini diurutkan berdasarkan keterikatan kuantum, di mana penerima sudah tahu apa yang diharapkan.
Jika kita menempatkan ini pada skala, kita akan membutuhkan pemantauan yang serius; tidak hanya untuk melacak kesalahan tetapi juga untuk memperbaikinya. Bidang matematika yang didedikasikan untuk fisika kuantum dan kekhasannya terus mengalami kemajuan. Nyatanya, kemajuannya begitu banyak, saya harus berhenti membaca makalah penelitian, atau saya tidak akan pernah menyelesaikan artikel ini. Begitulah cepatnya segala sesuatu bergerak di area ini.
Kuantum di kejauhan
Sebuah tim sains di Universitas Nasional Yokohama telah mengembangkan cara baru untuk menjerat foton dan telah berhasil mengirim foton ini lebih dari 10 kilometer melintasi serat optik. Mereka juga menggunakan repeater tunggal dan, dengan melakukan itu, mencapai jarak total 20 kilometer.
Hingga tulisan ini dibuat, jarak terjauh yang berhasil dipertahankan oleh seseorang adalah 83,7 kilometer, dicapai tahun ini oleh para ilmuwan dari Laboratorium Nasional Argonne Departemen Energi AS dan Universitas Chicago. Tapi saya yakin kita akan melihat rekor itu dipecahkan berkali-kali dalam waktu dekat.
Menjaga rahasia
Qubit yang diangkut melintasi jaringan kuantum memiliki karakteristik yang sangat spesifik dan unik yang disebut "efek pengamat", yang berarti mereka tidak mungkin diinterupsi, dan ini adalah bagian dari cara kerja mekanika kuantum. Efek pengamat berarti bahwa setiap upaya untuk memantau foton saat bergerak di sepanjang jaringan tidak hanya akan mengubahnya tetapi juga benar-benar menghancurkannya.
Ini berarti penerima yang dituju akan segera mengetahui jika ada upaya untuk menguping dalam perjalanan. *Saat ini tidak ada cara untuk mengatasi fenomena ini, karena ini adalah sifat yang melekat pada mekanika kuantum—jadi, tidak mengherankan jika pemerintah, perusahaan medis, dan lembaga keuangan sangat tertarik.
*Karena penelitian di bidang ini bergerak dengan kecepatan yang fantastis, saya tidak akan terkejut jika para ilmuwan akan menemukan cara untuk menghindari sifat bawaan ini sebelum Anda membaca ini.
Jaringan kuantum terenkripsi
Jadi, seberapa aman yang bisa Anda dapatkan? Rupanya, tidak cukup. Bidang kriptografi kuantum sedang booming, dan dengan menggunakan teknologi distribusi kunci kuantum (QKD), dimungkinkan untuk mengenkripsi dan mendekripsi informasi antara pengirim dan penerima. Qubit hanya dapat dibaca setelah tiba di tujuan, dan Anda memiliki kunci kuantum yang benar untuk membukanya, jadi tidak perlu lagi menguping.
Node kuantum di luar angkasa?
Sekarang, kita tahu bahwa fisika kuantum bekerja paling baik tanpa gangguan apa pun, di ruang hampa udara yang sangat dingin, dan itu membuat beberapa bagian ruang di dekat Bumi sangat cocok. Kekuatan yang dibutuhkan komputer kuantum di Bumi sebagian besar digunakan untuk menciptakan kondisi khusus yang ditawarkan luar angkasa dalam kelimpahan. Qubit itu sendiri membutuhkan daya yang sangat kecil untuk beroperasi, jadi para ilmuwan mencari peluang untuk memiliki komputer kuantum di satelit yang saling terkait, yang akan memungkinkan masalah dikirim dari Bumi, diproses di luar angkasa, dan kemudian jawabannya dikembalikan. ke bumi. Satelit akan mengirimkan foton yang terjerat kembali ke Bumi—betapa kerennya itu.
Ini bukan saya sepenuhnya dari engsel saya — ide itu sebenarnya berasal dari para ilmuwan di Louisiana State University di Baton Rouge. Omong-omong, keterjeratan kuantum di luar angkasa telah berhasil diuji—pada tahun 2017.
Lebih banyak lebih baik
Hummingbird, Eagle, Osprey, dan Condor—ini adalah nama prosesor dengan jumlah qubit yang meningkat dari Big Blue (IBM), yang sedang menuju komputer kuantum satu juta qubit, yang ditargetkan untuk diluncurkan pada tahun 2030. Anda mungkin terkejut mengetahui bahwa, pada bulan September 2020, IBM merilis prosesor Quantum Hummingbird 65-qubit baru, tetapi hanya untuk anggota IBM Q Network. Apa pun itu, Anda dapat membaca lebih lanjut tentang peta jalan mereka di sini.
Qubit dalam perspektif
Komputer saat ini bekerja dengan bit. Satu bit dapat berupa nol atau satu. Setara dalam komputer kuantum disebut "qubit," dan dapat memiliki nilai nol dan satu pada saat yang sama, termasuk semua yang ada di antaranya. Ini membuat komputer kuantum lebih unggul dalam arti bahwa tidak perlu terlalu banyak qubit untuk berlari lebih cepat dari superkomputer yang kita miliki saat ini. Sekarang, bayangkan kinerja satu juta komputer qubit.
Jika kita akan memiliki komputer kuantum mega hanya dalam 10 tahun (atau kurang), kita memerlukan beberapa jaringan serat yang serius dan komponen jaringan yang sangat pintar untuk menyertainya. Melihat laju perkembangan di bidang ini, kita akan membutuhkan banyak teknologi baru yang belum ditemukan. Saya yakin kita berada di ambang lompatan super teknologi yang akan jauh lebih besar dan lebih dramatis daripada apa pun yang pernah kita alami sebelumnya.
Saya penasaran mengikuti perusahaan yang memasuki pasar berkembang ini. Mereka memimpin; siapa yang akan mengikuti?
Kelemahan kuantum
Dalam karir saya, saya telah mendengar pernyataan tentang teknologi seperti "100% aman" atau "ini adalah batas mutlak", hanya untuk melihat mereka rusak enam bulan ke depan. "Bagaimana mencapai keamanan jaringan tanpa syarat berkat mekanika kuantum" mungkin merupakan pemikiran yang sama lemahnya. Ancaman di internet kuantum dibahas dalam dokumen ini yang dibuat oleh Takahiko Satoh, Shota Nagayama, Shigeya Suzuki, Takaaki Matsuo, dan Rodney Van Meter. Fokus mereka adalah pada arsitektur pengulang kuantum, dan mereka berpendapat bahwa, karena pengulang mencakup perangkat keras komputasi klasik, kemungkinan serangan sangat mirip dengan yang terjadi pada sistem klasik.
Mempertimbangkan bahwa serangan biasanya tidak menargetkan titik terkuat—yang merupakan spesifikasi mekanika kuantum—orang dapat memperkirakan serangan pada titik terlemah, yang pasti akan menjadi komponen jaringan klasik.
[ Jaringan lepas kendali? Lihat Otomatisasi jaringan untuk semua orang, buku gratis dari Red Hat. ]
Menutup
Dengan komputer kuantum datanglah jaringan kuantum, dan teknologi terbaik saat ini yang kami miliki adalah serat optik. Qubit yang membawa foton keadaan kuantum ditransfer melalui jaringan, dan berkat sifat mekanika kuantum dan "efek pengamat", keadaan kuantum tidak dapat dicegat selama pengangkutan. Namun, mungkin ada kelemahan pada repeater—komponen yang diperlukan jika ada jarak yang ingin dicapai.
Beberapa teknologi belum direkayasa, dan ada banyak tantangan, tetapi dengan minat finansial yang besar pada "internet yang aman", para peneliti memiliki semua dana yang mereka butuhkan. Kemajuan pesat di bidang ini menjadi jelas jika Anda melihat banyaknya makalah ilmiah yang diterbitkan.
Kalau bisa dibangun, bisa dipatahkan. Perdebatan seputar keamanan dan enkripsi sedang ramai, dan saya tidak berharap kekuatan gelap berdiam diri, menunggu teknologi kuantum matang.
Komputer dan jaringan kuantum sudah ada di sini, dan dalam beberapa tahun, mereka akan tersedia secara komersial. Apakah Anda akan siap saat itu?