eng
DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2023.17.2.88
Рассмотрены история развития, достижения и современные тенденции совершенствования технологических решений по увеличению скорости передачи, энергетической и экономической эффективности работы отечественных волоконно-оптических сетей связи.
Рассмотрены история развития, достижения и современные тенденции совершенствования технологических решений по увеличению скорости передачи, энергетической и экономической эффективности работы отечественных волоконно-оптических сетей связи.
Теги: ber coherent detection data centers dwdm edfa error rate extra-long lines faraday effect fiber optic communication network flatness flexgrid modulation format osnr margin required osnr ropa spectral efficiency spectrum management spectrum shaping symbol rate волоконно-оптическая сеть связи дата-центры запас по osnr когерентный прием коэффициент ошибок неравномерность сверхдлинные линии символьная скорость спектральная эффективность требуемый osnr управление спектром формат модуляции формирование спектра эффект фарадея
Квантовая инициатива
Сегодня модно говорить о цифровизации экономики и квантовых технологиях, страницы аналитических изданий заполнены красивыми диаграммами с анализом статистических сведений о патентах, инновационных вливаниях и сопоставлениями научного потенциала России с зарубежными странами.
История создания квантовых технологий полна соревновательного азарта и сложных поворотов человеческих страстей. В задачах использования квантовых технологий выделяют три крупных направления: квантовые вычисления, квантовые коммуникации и квантовые сенсоры. Среди географического распределения лидеров фокус внимания захватили Китай, США, Францию, Германию, Россию, Великобританию, Японию, Южную Корею, Индию, Канаду. С 90‑х годов прошлого столетия шел мощный поток обмена технологическими новостями. Вскоре стало понятно, что без государственной финансовой помощи организовать трансфер технологий не удается ни одной из этих стран. Очевидный кризис глобализации еще больше обострил конкуренцию между компаниями-лидерами.
Но как только открытые инновации в проектах по квантовым технологиям затронули интересы государственной безопасности, все лидеры квантовых технологий резко развернули свои проекты в прокрустово ложе механизмов закрытых инноваций. Активизировалась законодательная деятельность государств-лидеров по регулированию квантово-устойчивой информационной безопасности. Ведь это не только связь, но и метрология, обеспечивающая стандарты частоты для подводных, надводных и воздушных судов, спутниковых бортов.
Современная квантовая связь пока действует только на коротких дистанциях до 100 км. Связано это с потерями в оптическом волокне. В привычной классической линии связи эту проблему решают с помощью повторителей или усилителей. В квантовой системе связи усилитель будет изменять фотон и восприниматься как злоумышленник. Разработки ведутся по созданию устройства квантового повторителя. Для его реализации необходимо создать технику квантовой телепортация и элементы квантовой оптической памяти.
Недавно была опубликована научная статья о том, что Казуки Икеда из Университета Стони Брук удалось продемонстрировать квантовую телепортацию энергии. Теория передачи энергии между спутанными частицами была разработана японским физиком Масахиро Хотта из Университета Тохоку, который предположил, что с помощью телепортации можно передавать не только информацию, но и энергию (2008 год). Экспериментально продемонстрировать такую передачу энергии удавалось только в новом эксперименте, но на расстояние размером с компьютерный чип.
Хотта отметил, что любое измерение квантовой системы неизбежно вводит в систему энергию. Если система состоит из двух спутанных частиц, энергия, полученная первой, может быть извлечена из второй. При этом энергия не возникает ниоткуда, она просто передана от одной частицы другой.
Первой страной с квантовой инициативой выступила Великобритания в 2013 году. На сегодня объем инвестиций достиг 1 млрд фунтов стерлингов, план действует до 2024 года.
В декабре 2018 года США приняли Закон о национальной квантовой инициативе. Это федеральная программа по ускорению квантовых исследований и разработок в интересах экономической и национальной безопасности Соединенных Штатов (коротко: Национальная квантовая инициатива – NQI). План координируется Национальным квантовым координационным бюро. В число агентств, подчиняющихся закону, были включены Национальный институт стандартов и технологий (NIST), Национальный научный фонд (NSF) и Министерство энергетики (DOE). Под руководством NQI NSF и DOE создали новые исследовательские центры и институты, а NIST учредил Консорциум квантового экономического развития (QED-C), консорциум промышленных, академических и правительственных организаций.
В 2020 году, было дополнительно выделено 1 млрд долл. на создание 12 исследовательских центров искусственного интеллекта и квантовой информации по всей стране.
Китай еще в 2016 году приступил к запуску «Национальной лаборатории квантовых информационных наук», которой выделил первоначальное финансирование в размере 1 млрд долл.
Правительство Японии запланировало поэтапное финансирование на 10 лет в объеме 100 млрд йен, но расширило его до 200 млрд йен. Ожидается разработка и ввод в эксплуатацию полноценных квантовых компьютеров для широкого спектра приложений.
Программа Республики Корея предполагает завершение к 2023 году этапа разработки 5‑кубитной квантовой компьютерной системы с надежностью более 90% при финансовой поддержке в размере 40 млн долл., а также 12 млн долл. инвестиций в квантовые технологии следующего поколения.
Индия в 2020 году объявила о включенной в бюджет программы Национальная миссия по квантовым технологиям и приложениям (NM-QTA). На исследования и разработки на ближайшие 5 лет выделен 1 млрд долл.
Правительство Канады инвестировало более 1 млрд долл. в область квантовых вычислений. В 2020 году была запущена национальная инвестиционная стратегия объемом 100 млн долл., в рамках которой компании D-Wave Systems (одной из крупнейших частных компаний в области квантовых вычислений в мире) дополнительно инвестирует 480 млн долл. в исследование и разработки и привлечет в проекты студентов и академические группы.
В России создана «Национальная квантовая лаборатория» для изучения передового международного опыта, консолидации научной и ресурсной базы университетов, научно-исследовательских институтов, технологических компаний и стартапов. В 2014 году Газпром выделил 450 млн руб. на проект создания системы защищенной квантовой связи в городских условиях.
Финансирование в стране идет по трем направлениям: за разработку технологий квантовых вычислений отвечает Росатом (23,7 млрд руб.); разработка и создание инфраструктуры в сфере квантовых коммуникаций поручены РЖД (16,7 млрд руб.); созданием квантовых сенсоров занимается госкорпорация Ростех (18,4 млрд руб.).
В январе 2020 года было объявлено, что РЖД планирует вложить в развитие квантовых технологий в России 24,7 млрд руб., из которых 12,9 млрд руб. будут взяты из бюджета России, 5,3 млрд руб. затратит сама РЖД, а 6,5 млрд руб. будут привлечены из внебюджетных источников. Недавно издание CNews сообщило, что РЖД и «Газпром» выложат 100 млн руб. за квантовый телефон. Внедрить «суперзащищенную» телефонию нового поколения для ведения особо важных переговоров госкорпорации собираются в 2023 году.
Н. Л. Истомина, НИУ МАИ, каф.317
«Управление инновациями»
Сегодня модно говорить о цифровизации экономики и квантовых технологиях, страницы аналитических изданий заполнены красивыми диаграммами с анализом статистических сведений о патентах, инновационных вливаниях и сопоставлениями научного потенциала России с зарубежными странами.
История создания квантовых технологий полна соревновательного азарта и сложных поворотов человеческих страстей. В задачах использования квантовых технологий выделяют три крупных направления: квантовые вычисления, квантовые коммуникации и квантовые сенсоры. Среди географического распределения лидеров фокус внимания захватили Китай, США, Францию, Германию, Россию, Великобританию, Японию, Южную Корею, Индию, Канаду. С 90‑х годов прошлого столетия шел мощный поток обмена технологическими новостями. Вскоре стало понятно, что без государственной финансовой помощи организовать трансфер технологий не удается ни одной из этих стран. Очевидный кризис глобализации еще больше обострил конкуренцию между компаниями-лидерами.
Но как только открытые инновации в проектах по квантовым технологиям затронули интересы государственной безопасности, все лидеры квантовых технологий резко развернули свои проекты в прокрустово ложе механизмов закрытых инноваций. Активизировалась законодательная деятельность государств-лидеров по регулированию квантово-устойчивой информационной безопасности. Ведь это не только связь, но и метрология, обеспечивающая стандарты частоты для подводных, надводных и воздушных судов, спутниковых бортов.
Современная квантовая связь пока действует только на коротких дистанциях до 100 км. Связано это с потерями в оптическом волокне. В привычной классической линии связи эту проблему решают с помощью повторителей или усилителей. В квантовой системе связи усилитель будет изменять фотон и восприниматься как злоумышленник. Разработки ведутся по созданию устройства квантового повторителя. Для его реализации необходимо создать технику квантовой телепортация и элементы квантовой оптической памяти.
Недавно была опубликована научная статья о том, что Казуки Икеда из Университета Стони Брук удалось продемонстрировать квантовую телепортацию энергии. Теория передачи энергии между спутанными частицами была разработана японским физиком Масахиро Хотта из Университета Тохоку, который предположил, что с помощью телепортации можно передавать не только информацию, но и энергию (2008 год). Экспериментально продемонстрировать такую передачу энергии удавалось только в новом эксперименте, но на расстояние размером с компьютерный чип.
Хотта отметил, что любое измерение квантовой системы неизбежно вводит в систему энергию. Если система состоит из двух спутанных частиц, энергия, полученная первой, может быть извлечена из второй. При этом энергия не возникает ниоткуда, она просто передана от одной частицы другой.
Первой страной с квантовой инициативой выступила Великобритания в 2013 году. На сегодня объем инвестиций достиг 1 млрд фунтов стерлингов, план действует до 2024 года.
В декабре 2018 года США приняли Закон о национальной квантовой инициативе. Это федеральная программа по ускорению квантовых исследований и разработок в интересах экономической и национальной безопасности Соединенных Штатов (коротко: Национальная квантовая инициатива – NQI). План координируется Национальным квантовым координационным бюро. В число агентств, подчиняющихся закону, были включены Национальный институт стандартов и технологий (NIST), Национальный научный фонд (NSF) и Министерство энергетики (DOE). Под руководством NQI NSF и DOE создали новые исследовательские центры и институты, а NIST учредил Консорциум квантового экономического развития (QED-C), консорциум промышленных, академических и правительственных организаций.
В 2020 году, было дополнительно выделено 1 млрд долл. на создание 12 исследовательских центров искусственного интеллекта и квантовой информации по всей стране.
Китай еще в 2016 году приступил к запуску «Национальной лаборатории квантовых информационных наук», которой выделил первоначальное финансирование в размере 1 млрд долл.
Правительство Японии запланировало поэтапное финансирование на 10 лет в объеме 100 млрд йен, но расширило его до 200 млрд йен. Ожидается разработка и ввод в эксплуатацию полноценных квантовых компьютеров для широкого спектра приложений.
Программа Республики Корея предполагает завершение к 2023 году этапа разработки 5‑кубитной квантовой компьютерной системы с надежностью более 90% при финансовой поддержке в размере 40 млн долл., а также 12 млн долл. инвестиций в квантовые технологии следующего поколения.
Индия в 2020 году объявила о включенной в бюджет программы Национальная миссия по квантовым технологиям и приложениям (NM-QTA). На исследования и разработки на ближайшие 5 лет выделен 1 млрд долл.
Правительство Канады инвестировало более 1 млрд долл. в область квантовых вычислений. В 2020 году была запущена национальная инвестиционная стратегия объемом 100 млн долл., в рамках которой компании D-Wave Systems (одной из крупнейших частных компаний в области квантовых вычислений в мире) дополнительно инвестирует 480 млн долл. в исследование и разработки и привлечет в проекты студентов и академические группы.
В России создана «Национальная квантовая лаборатория» для изучения передового международного опыта, консолидации научной и ресурсной базы университетов, научно-исследовательских институтов, технологических компаний и стартапов. В 2014 году Газпром выделил 450 млн руб. на проект создания системы защищенной квантовой связи в городских условиях.
Финансирование в стране идет по трем направлениям: за разработку технологий квантовых вычислений отвечает Росатом (23,7 млрд руб.); разработка и создание инфраструктуры в сфере квантовых коммуникаций поручены РЖД (16,7 млрд руб.); созданием квантовых сенсоров занимается госкорпорация Ростех (18,4 млрд руб.).
В январе 2020 года было объявлено, что РЖД планирует вложить в развитие квантовых технологий в России 24,7 млрд руб., из которых 12,9 млрд руб. будут взяты из бюджета России, 5,3 млрд руб. затратит сама РЖД, а 6,5 млрд руб. будут привлечены из внебюджетных источников. Недавно издание CNews сообщило, что РЖД и «Газпром» выложат 100 млн руб. за квантовый телефон. Внедрить «суперзащищенную» телефонию нового поколения для ведения особо важных переговоров госкорпорации собираются в 2023 году.
Н. Л. Истомина, НИУ МАИ, каф.317
«Управление инновациями»
Отзывы читателей
