На пути к квантовому интернету: ключевые сложности и инициативы

Обсудим дорожные карты и ход развития квантовых сетей, а также технологические барьеры, с которыми сталкиваются исследователи и инженеры в данной области: от стабильности квантовых состояний до масштабируемости инфраструктуры.

Тернистая дорога

Идея квантового интернета заключается в построении глобальной сети, информация в которой передается с использованием квантовых состояний фотонов. Применений для таких сетей множество: от реализации защищенной передачи ключей шифрования и построения вычислительных кластеров с десятками квантовых компьютеров до синхронизации оптических атомных часов ^[2].

Однако говорить о появлении полноценного квантового интернета пока рано. Еще в 2018 году специалисты из Делфтского технического университета в Нидерландах составили дорожную карту ^[3] развития этой технологии, выделив шесть ключевых этапов. Каждый из них описывает фундаментальные технологии, от которых зависят надежность и скорость передачи данных в квантовых сетях.

Так, на первом этапе предполагается построение сетей с доверенными повторителями. Квантовые состояния частиц крайне чувствительны к внешним воздействиям. Тепловой шум и незначительные колебания среды могут привести к декогеренции — утрате квантовых свойств. И чтобы надежно передавать запутанные состояния на большие расстояния, используются повторители, компенсирующие потери сигнала в оптоволокне. По мере развития технологий дорожная карта предусматривает появление сетей с квантовой памятью для хранения состояний между операциями, а также внедрение надежных механизмов коррекции ошибок, необходимых для повышения масштабируемости и отказоустойчивости квантовых коммуникаций.

Но даже спустя почти восемь лет с момента составления этой дорожной карты, индустрия до сих пор находится на первом этапе. Как говорят ^[4] специалисты из Института квантовых вычислений Baidu Research в Пекине: «Современные квантовые сети в основном предназначены для проверки концепций квантовой физики и демонстрации базовых сценариев квантовой криптографии. Их работа по-прежнему опирается на доверенные повторители, при использовании которых полноценная сквозная квантовая связь между конечными узлами отсутствует».

Сложности квантового интернета

Специалисты выделяют несколько проблем, стоящих на пути к «светлому квантовому будущему».

(По-прежнему) нужны квантовые повторители. Поскольку на текущем этапе развития квантовых сетей нельзя отказаться от квантовых повторителей, многие разработки направлены на повышение их эффективности. Например, летом прошлого года специалисты РЖД зарегистрировали ^[5] патент ^[6] на технологию, позволяющую реализовать квантовую память для повторителей. Она основана на механизмах спонтанного рассеяния запутанных пар фотонов и повышает эффективность систем квантового распределения ключей.

Также проводятся эксперименты с технологиями, цель которых — исключить повторители из архитектуры сети. В ноябре этого года важный шаг сделали ^[7] ученые из Штутгартского университета: им удалось телепортировать поляризованное состояние фотона между двумя квантовыми точками. Ключевую роль сыграли «квантовые преобразователи частоты», компенсирующие различия между фотонами. Эксперимент был ограничен дистанцией в десять метров, а успешность телепортации составила около 70%, но команда планирует продолжать ^[8] работу над масштабированием.

Нужна элементная база. Помимо передачи квантовой информации, ее необходимо обрабатывать — а значит, требуются специализированные чипы. Так, в лабораториях Cisco работают ^[9] над сетевым стеком для квантового интернета и прототипами устройств, способных функционировать при комнатной температуре. Недавно компания представила чип, позволяющий объединить отдельные квантовые компьютеры в крупные кластеры. При этом он совместим ^[10] с классическими вычислительными системами и может применяться в финансовом секторе для точной синхронизации сделок или в космической отрасли.

Разработкой общей элементной базы для квантового интернета также занимаются ^[11] отечественные инженеры и ученые из РАН — проект называется «Суперквант». В будущем на его основе будут разрабатывать продвинутые компоненты квантового компьютера. В рамках проекта уже протестировали криогенные генераторы опорного сигнала и многослойные сверхпроводниковые структуры.

Необходимо программное обеспечение. Написание программ для квантовых компьютеров требует от инженеров знаний внутреннего устройства конкретной системы. В марте 2025 года команда специалистов из Делфтского технического университета в Нидерландах, Инсбрукского университета имени Леопольда и Франца в Австрии и Национального центра научных исследований во Франции, представила ^[12] первую операционную систему для квантовых сетей — QNodeOS. Она позволяет разрабатывать приложения на более высоком уровне абстракции и запускать их на разных квантовых архитектурах. В перспективе она может открыть путь к созданию полноценной экосистемы программного обеспечения для квантового интернета.

Больше квантовых инициатив

Очевидно, что для запуска квантового интернета потребуются согласованные усилия в области физики, компьютерной науки и техники. Реализовать такие проекты на практике стремятся с помощью государственных инициатив и программ — в том числе в России. В августе этого года правительство утвердило ^[13] обновленную дорожную карту развития квантовых вычислений. В рамках программы займутся разработкой квантовых вычислителей и квантовых алгоритмов.

Собственная квантовая инициатива есть и в Европе, она называется EuroQCI ^[15]. Ее начали реализовывать в 2023 году. Цель программы — построить общеевропейскую квантовую инфраструктуру, включающую как наземные оптоволоконные сети, так и спутниковые каналы связи. Например, в рамках EuroQCI в январе 2024 года Еврокомиссия запустила четырехлетний проект NOSTRADAMUS, который предусматривает разработку фреймворка для оценки и сертификации технологий квантового распределения ключей.

Попытки сформировать национальную квантовую сеть предпринимались и в США. В 2018 году был подписан ^[16] National Quantum Initiative Act (NQIA), определивший цели на пятилетний период: «поднять» квантовую сеть на повторителях, возможно — даже запустить межконтинентальную квантовую связь. Однако в 2023 году срок действия закона истек ^[17], и он не был продлен. Тем не менее сегодня эксперты призывают возобновить свернутые инициативы, чтобы не отстать от Европы.

Параллельно квантовые инициативы появляются в университетах и исследовательских центрах — ученые строят тестовые полигоны для экспериментов. Так, в сентябре 2025 года в Университете Пердью в США запустили ^[18] квантовую сеть, передающую запутанные фотоны между тремя лабораториями. Для управления источниками использовали принцип спектрального уплотнения. Установка позволила фиксировать прибытие фотонов с точностью до пикосекунд. В целом сеть способна компенсировать помехи, вызванные температурными колебаниями и влиянием находящихся рядом людей. По словам инженеров, их установка станет тестовым полигоном для экспериментов с различными квантовыми системами, типами кубитов и протоколами.

Подобная площадка есть и в России — это платформа МУКС ^[19], объединившая в сеть ведущие вузы и научные центры. Специалисты использовали квантовую магистраль, проложенную вдоль железнодорожной инфраструктуры. Среди резидентов проекта — Казанский научный центр РАН, где работают ^[20] над квантовыми повторителями и материалами для квантовых ускорителей.

В целом сегодня сложно прогнозировать, когда появится полноценный квантовый интернет, способный объединить квантовые компьютеры по всему миру. Однако масштаб подобного события, вероятно, будет сопоставим с появлением классической глобальной сети. Как отмечают ^[3] специалисты Делфтского технического университета: «Наши дни чем-то напоминают канун развития интернета, когда в 1969 году было отправлено первое сообщение через ARPANET».

О чем еще мы пишем в нашем блоге на Хабре:

• Что нового в мире атомных часов — исследования ^[2]. Рассказали о нескольких свежих научных проектах, авторы которых продолжают совершенствовать атомные часы. Например, в MIT сумели уменьшить квантовый шум и повысить точность, охладив атомы стронция до температуры ниже пяти кельвинов. А в российский ВНИИФТРИ развивает ядерные часы, работающие на редком изотопе — торий-229.

• Как менялся ландшафт DDoS-атак в 2025 году ^[21]. Взглянули на актуальные отчеты ИБ-исследователей с начала года. Так, специалисты отмечают изменения в подходах к реализации атак: хакеры все чаще используют системы ИИ и формируют DDoS-коалиции, хотя обычно действуют разрознено.

• Высоко сижу, далеко гляжу, все вижу! Новые подходы к детекции объектов с помощью радиосигналов ^[22]. Наш компактный пост, в котором мы обсуждаем свежие разработки в области Wi-Fi Sensing. Для каких целей используют эти технологии, и какое будущие для них видят специалисты.