Архитектура квантовых сетей для распределенных вычислений и безопасных коммуникаций
(Стр. 222-229)
Подробнее об авторах
Фаттахов Рузель Рамилевич
аспирант, кафедра автоматизированных систем обработки информации и управления
Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ
г. Казань, Республика Татарстан, Российская Федерация Барков Игорь Александрович доктор технических наук, доцент; профессор, кафедра автоматизированных систем обработки информации и управления; Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ; г. Казань, Республика Татарстан, Российская Федерация Гибадуллин Руслан Фаршатович кандидат технических наук, доцент; доцент, кафедра компьютерных систем; Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ; г. Казань, Республика Татарстан, Российская Федерация
Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ
г. Казань, Республика Татарстан, Российская Федерация Барков Игорь Александрович доктор технических наук, доцент; профессор, кафедра автоматизированных систем обработки информации и управления; Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ; г. Казань, Республика Татарстан, Российская Федерация Гибадуллин Руслан Фаршатович кандидат технических наук, доцент; доцент, кафедра компьютерных систем; Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ; г. Казань, Республика Татарстан, Российская Федерация
Нажимая на кнопку купить вы соглашаетесь с условиями договора оферты
Аннотация:
Квантовые сети представляют собой перспективную и быстроразвивающуюся область на стыке квантовой физики и информационных технологий, призванную стать архитектурной основой квантового Интернета. В статье рассматриваются фундаментальные принципы построения квантовых сетей, включая использование кубитов и фотонных систем для передачи квантовой информации по оптоволоконным каналам. Проведен сравнительный анализ моделей классических (LAN, WAN, SAN) и квантовых (QLAN, QWAN, QSAN) вычислительных сетей. Описаны виды квантовых сенсорных сетей и примеры их научного применения, в том числе сети квантовых магнитометров, запутанных атомных часов и фазочувствительные сети. Рассмотрены концепции слепых квантовых вычислений, обеспечивающих конфиденциальность делегированных вычислений, а также протоколы распределения квантовых ключей как основа криптографической защиты каналов связи. Выделены ключевые технологические барьеры, связанные с невозможностью клонирования квантовых состояний и необходимостью разработки квантовых ретрансляторов. Приведены результаты вычислительного эксперимента по моделированию протокола BB84, в ходе которого получены количественные оценки уровня ошибок при различных параметрах канала и долях перехвата.
Образец цитирования:
ОБРАЗЕЦ ЦИТИРОВАНИЯ: Фаттахов Р.Р., Барков И.А., Гибадуллин Р.Ф. Архитектура квантовых сетей для распределенных вычислений и безопасных коммуникаций // Computational Nanotechnology. 2026. Т. 13. № 1. С. 222-229. DOI: 10.33693/2313-223X-2026-13-1-222-229. EDN: NDLDQC
Список литературы:
Alléaume R., Branciard C., Bouda J. et al. Using quantum key distribution for cryptographic purposes: A survey. Theoretical Computer Science. 2014. Vol. 560. Part 1. Pp. 62–81. DOI: 10.1016/j.tcs.2014.09.018.
Barz S., Kashefi E., Broadbent A. et al. Demonstration of blind quantum computing. Science. 2012. Vol. 335. No. 6066. Pp. 303–308. DOI: 10.1126/science.1214707.
Bennett C.H., Brassard G. Quantum cryptography: Public key distribution and coin tossing. Theoretical Computer Science. 2014. Vol. 560. Part 1. Pp. 7–11. DOI: 10.1016/j.tcs.2014.05.025.
Caleffi M., Cacciapuoti A.S., Bianchi G. Quantum internet: From communication to distributed computing! In: Proceedings of the 5th ACM International Conference on Nanoscale Computing and Communication (NANOCOM’18). 2018. Art. 25. DOI: 10.1145/3233188.3233224.
Castelvecchi D. The quantum internet has arrived (and it hasn’t). Nature. 2018.
Cirac J.I., Ekert A.K., Huelga S.F., Macchiavello C. Distributed quantum computation over noisy channels. Physical Review A. 1999. Vol. 59. Pp. 4249–4254. DOI: 10.1103/PhysRevA.59.4249.
Della Valle F., Di Domenico G., Gastaldi U. et al. The PVLAS experiment measuring vacuum magnetic birefringence and dichroism with a birefringent Fabry–Perot cavity. The European Physical Journal C. 2016. Vol. 76. Art. 24. DOI: 10.1140/epjc/s10052-015-3869-8.
Derevianko A., Pospelov M. Hunting for topological dark matter with atomic clocks. Nature Physics. 2014. Vol. 10. Pp. 933–936. DOI: 10.1038/nphys3137.
Fitzsimons J.F. Private quantum computation: An introduction to blind quantum computing and related protocols. npj Quantum Information. 2017. Vol. 3. Art. 21. DOI: 10.1038/s41534-017-0025-3.
Flamini F., Spagnolo N., Sciarrino F. Photonic quantum information processing. A review. Reports on Progress in Physics. 2019. Vol. 82. No. 1. Art. 016001. DOI: 10.1088/1361-6633/aad5b2.
Gottesman D., Jennewein T., Croke S. Longer-baseline telescopes using quantum repeaters. Physical Review Letters. 2012. Vol. 109. No. 7. Art. 070503. 5 p. DOI: 10.1103/PhysRevLett.109.070503.
Khabiboulline E.T., Borregaard J., De Greve K., Lukin M.D. Quantum-assisted telescope arrays. ArXiv Preprint. 2018. DOI: 10.1103/PhysRevA.100.022316.
Kómár P. et al. A quantum network of clocks. Nature Physics. 2014. Vol. 10. Pp. 582–587. DOI: 10.1038/nphys3000.
Kumar P., Mehboudi M., Moreira S.V., Adesso G. Quantum correlations from a logical entropy perspective. Physical Review A. 2015. Vol. 92. No. 3. Art. 032301.
Lev F.M. Why is quantum physics based on complex numbers? Finite Fields and Their Applications. 2006. Vol. 12. No. 3. Pp. 336–356. DOI: 10.1016/j.ffa.2005.07.006.
Ollivier H., Zurek W.H. Quantum discord: A measure of the quantumness of correlations. Physical Review Letters. 2001. Vol. 88. No. 1. Art. 017901. DOI: 10.1103/PhysRevLett.88.017901.
Otterstrom N.T., Pooser R.C., Lawrie B.J. Nonlinear optical magnetometry with accessible in situ optical squeezing. Optics Letters. 2014. Vol. 39. Pp. 6533–6536. DOI: 10.1364/OL.39.006533.
Shor P.W., Preskill J. Simple proof of security of the BB84 quantum key distribution protocol. Physical Review Letters. 2000. Vol. 85. No. 2. Pp. 441–444. DOI: 10.1103/PhysRevLett.85.441.
Spallicci A.D., Benetti M., Capozziello S. The heisenberg limit at cosmological scales. Foundations of Physics. 2022. Vol. 52. Art. 23. DOI: 10.1007/s10701-021-00531-z.
Tanenbaum A.S., Wetherall D.J. Computer networks. 5th ed. Boston: Pearson Education, 2011. 943 p.
Walmsley I.A., Nunn J. Editorial: Building quantum networks. Physical Review Applied. 2016. Vol. 6. No. 4. Art. 040001. DOI: 10.1103/PhysRevApplied.6.040001.
Barz S., Kashefi E., Broadbent A. et al. Demonstration of blind quantum computing. Science. 2012. Vol. 335. No. 6066. Pp. 303–308. DOI: 10.1126/science.1214707.
Bennett C.H., Brassard G. Quantum cryptography: Public key distribution and coin tossing. Theoretical Computer Science. 2014. Vol. 560. Part 1. Pp. 7–11. DOI: 10.1016/j.tcs.2014.05.025.
Caleffi M., Cacciapuoti A.S., Bianchi G. Quantum internet: From communication to distributed computing! In: Proceedings of the 5th ACM International Conference on Nanoscale Computing and Communication (NANOCOM’18). 2018. Art. 25. DOI: 10.1145/3233188.3233224.
Castelvecchi D. The quantum internet has arrived (and it hasn’t). Nature. 2018.
Cirac J.I., Ekert A.K., Huelga S.F., Macchiavello C. Distributed quantum computation over noisy channels. Physical Review A. 1999. Vol. 59. Pp. 4249–4254. DOI: 10.1103/PhysRevA.59.4249.
Della Valle F., Di Domenico G., Gastaldi U. et al. The PVLAS experiment measuring vacuum magnetic birefringence and dichroism with a birefringent Fabry–Perot cavity. The European Physical Journal C. 2016. Vol. 76. Art. 24. DOI: 10.1140/epjc/s10052-015-3869-8.
Derevianko A., Pospelov M. Hunting for topological dark matter with atomic clocks. Nature Physics. 2014. Vol. 10. Pp. 933–936. DOI: 10.1038/nphys3137.
Fitzsimons J.F. Private quantum computation: An introduction to blind quantum computing and related protocols. npj Quantum Information. 2017. Vol. 3. Art. 21. DOI: 10.1038/s41534-017-0025-3.
Flamini F., Spagnolo N., Sciarrino F. Photonic quantum information processing. A review. Reports on Progress in Physics. 2019. Vol. 82. No. 1. Art. 016001. DOI: 10.1088/1361-6633/aad5b2.
Gottesman D., Jennewein T., Croke S. Longer-baseline telescopes using quantum repeaters. Physical Review Letters. 2012. Vol. 109. No. 7. Art. 070503. 5 p. DOI: 10.1103/PhysRevLett.109.070503.
Khabiboulline E.T., Borregaard J., De Greve K., Lukin M.D. Quantum-assisted telescope arrays. ArXiv Preprint. 2018. DOI: 10.1103/PhysRevA.100.022316.
Kómár P. et al. A quantum network of clocks. Nature Physics. 2014. Vol. 10. Pp. 582–587. DOI: 10.1038/nphys3000.
Kumar P., Mehboudi M., Moreira S.V., Adesso G. Quantum correlations from a logical entropy perspective. Physical Review A. 2015. Vol. 92. No. 3. Art. 032301.
Lev F.M. Why is quantum physics based on complex numbers? Finite Fields and Their Applications. 2006. Vol. 12. No. 3. Pp. 336–356. DOI: 10.1016/j.ffa.2005.07.006.
Ollivier H., Zurek W.H. Quantum discord: A measure of the quantumness of correlations. Physical Review Letters. 2001. Vol. 88. No. 1. Art. 017901. DOI: 10.1103/PhysRevLett.88.017901.
Otterstrom N.T., Pooser R.C., Lawrie B.J. Nonlinear optical magnetometry with accessible in situ optical squeezing. Optics Letters. 2014. Vol. 39. Pp. 6533–6536. DOI: 10.1364/OL.39.006533.
Shor P.W., Preskill J. Simple proof of security of the BB84 quantum key distribution protocol. Physical Review Letters. 2000. Vol. 85. No. 2. Pp. 441–444. DOI: 10.1103/PhysRevLett.85.441.
Spallicci A.D., Benetti M., Capozziello S. The heisenberg limit at cosmological scales. Foundations of Physics. 2022. Vol. 52. Art. 23. DOI: 10.1007/s10701-021-00531-z.
Tanenbaum A.S., Wetherall D.J. Computer networks. 5th ed. Boston: Pearson Education, 2011. 943 p.
Walmsley I.A., Nunn J. Editorial: Building quantum networks. Physical Review Applied. 2016. Vol. 6. No. 4. Art. 040001. DOI: 10.1103/PhysRevApplied.6.040001.
Ключевые слова:
квантовая сеть, квантовый Интернет, распределенные квантовые вычисления, квантовая запутанность, распределение квантовых ключей, слепые квантовые вычисления, квантовый ретранслятор, оптоволоконные каналы связи, протокол BB84.
