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.
Однако говорить о появлении полноценного квантового интернета пока рано. Еще в 2018 году специалисты из Делфтского технического университета в Нидерландах составили дорожную карту 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 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 ��овторителей, многие разработки направлены на повышение их эффективности. Например, летом прошлого года специалисты РЖД зарегистрировали патент 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 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 работу над масштабированием.
Нужна элементная база. Помимо передачи квантовой информации, ее необходимо обрабатывать — а значит, требуются специализированные чипы. Так, в лабораториях Cisco работают 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 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 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 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 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. 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 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, 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 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, 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 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 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 нов��го в мире атомных часов — исследования. 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. 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. 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.