Новітні технології Інтернету: плазмовий (Li-Fi) та квантовий

Li-Fi технологія: що це та як працює

Термін “Li-Fi” представляє собою абревіатуру від англ. “Light Fidelity” (“light” — “світло” та “fidelity” — “точність”). Відповідно плазмовим Інтернетом називають швидку бездротову систему передачі інформації за допомогою видимого світла замість радіохвиль, як у Wi-Fi. На меті у розробників Li-Fi — досягти у сто разів більшої швидкості передачі даних порівняно зі знайомою всім нам технологією Wi-Fi.

Винахідником Light Fidelity технології вважається німецький фізик Гаральд Хаас. У 2011 році у лабораторних умовах він використав звичайну світлодіодну лампу як роутер і досяг швидкості передачі даних у 224 Гбіт/с. Того ж року вчений продемонстрував свої напрацювання у рамках конференції “TED Global”. Але через досить скептичні думки публіки Хаас тільки через чотири роки створив перший прототип пристрою, який повністю відповідав його задуму.

Зручність технології Li-Fi полягає в тому, що у процесі передачі даних немає необхідності використовувати пристрої-посередники. А прийомопередавачі зі світлодіодами здатні не тільки обмінюватися інформацією у великих обсягах, а й освітлювати приміщення.

Li-Fi і Wi-Fi: порівняння технологій

Спільне між технологіями Li-Fi і Wi-Fi полягає в тому, що вони використовують схожі протоколи IEEE 802.11. Однак Light Fidelity використовує електромагнітні хвилі видимого світла, а Wireless Fidelity – радіохвилі, чим обумовлені відмінності між ними. Зокрема, якщо порівнювати з Wi-Fi технологією, Li-Fi має свої плюси та мінуси.

Плюси:

• Має більш широку смугу пропускання.
• Забезпечує більшу швидкість передачі даних.
• Є більш безпечною з точки зору передачі інформації.
• Сприяє оптимізації енерговитрат, об’єднуючи систему освітлення і хот-споти.
• Не створює перешкод в мережі при роботі Li-Fi-пристроїв.

Мінуси:

• Має меншу зону покриття.
• Не може бути організована на вулиці при сонячному світлі.
• Не працює в темряві без світлодіодних ламп.

Та навряд чи варто очікувати, що Light Fidelity замінить собою Wireless Fidelity. Вірогідніше за все, світлодіодні роутери будуть використовуватися в тандемі з Wi-Fi через поки невирішені проблеми.

Потенційні сфери застосування Li-Fi технології

Серед сфер та напрямів, які вже сьогодні найбільше потребують впровадження Li-Fi технології, можна назвати:

• Смарт-освітлення. Така система у “розумному будинку” напевно буде використовувати Li-Fi, адже технологія передачі даних за допомогою світлодіодів здатна замінити будь-які інші бездротові та дротові системи.
• Інтерактивні бездротові пристрої та іграшки. Вони завжди зможуть підтримувати зв'язок з мережею без додаткових засобів за рахунок майже повсюдної присутності світильників, настільних ламп, люстр, прожекторів та ін.
• Мобільний зв'язок. Коли його звільнять інші технології, які більше не використовуються, він отримає великий спектр додаткових частот.
• Підводні роботи. За умови достатньої інтенсивності випромінювання за допомогою світлодіодів можна передавати сигнал при проведенні робіт під водою, адже рідина його не гасить.
• Небезпечні або військові об'єкти. Йдеться про салони літаків, операційні та реанімації, а також інші місця, де раніше використання Інтернету могло загрожувати безпеці або перешкоджати функціонуванню обладнання.
• Транспортні мережі та системи навігації. Технологія допоможе встановити між ними безпосередній зв'язок і таким чином буде сприяти покращенню дорожньої обстановки, підвищенню безпеки пішоходів та транспорту.
• Гаджети та портативні ПК. Смартфони, планшети, ноутбуки отримають просте, стабільне, високошвидкісне і, що важливо, максимально безпечне інтернет-підключення.

На користь поширення технології Li-Fi свідчить те, що:

1. Встановлення ще кількох невеликих електронних блоків у помешканні не є проблемою.
2. Зовні світлодіодні лампи майже нічим не відрізняються від звичайних.
3. Користувацька мережа не потребує спеціального переобладнання, адже у будь-якій квартирі чи будинку достатньо світильників та розеток для підключення необхідних пристроїв.

Квантовий Інтернет: історія появи та дослідження

З кожним роком безпека та ефективність систем зв'язку набуває все більшого значення. І така революційна технологія, як квантовий Інтернет, обіцяє підвищити конфіденційність та захист інформації до того рівня, щоб її фактично неможливо було втратити чи перехопити.

Квантові комп’ютери здатні працювати в рази швидше за найпотужніші суперкомп'ютери, існуючі на цей час. Але це можливо за умови створення спеціальної комп’ютерної мережі, в межах якої здійснюється передача інформації. На початку відкриття квантового зв'язку у цьому процесі брали участь лише два пристрої. Але у 2014 році вченим з Делфтського технічного університету (Нідерланди) вдалося об’єднати в одній системі одночасно три машини і таким чином розширити можливості технології на короткій відстані.

Проведений експеримент став успішним завдяки так званій квантовій телепортації, яку ще називають заплутаністю. Це явище передбачає передачу даних між об’єктами без переміщення матерії, де вони зберігаються. В результаті у такій системі відсутній проміжний канал передачі інформації (при Wi-Fi з'єднанні таким каналом виступають сервери), що робить її більш захищеною. При цьому між об'єктами, що взаємодіють між собою, встановлюється нерозривний зв’язок, внаслідок якого стан одного безпосередньо впливає на стан іншого, незалежно від відстані між ними. Така форма взаємодії отримала назву “квантова комунікація”.

Для передачі інформації квантова комунікація використовує кубіти — квантовий еквівалент класичних бітів, які можуть існувати в кількох станах одночасно. Ця властивість, що називається суперпозицією, дозволяє передавати величезні обсяги даних за проміжок часу, який знадобився б при використанні традиційних методів зв’язку, забезпечуючи унікальний рівень безпеки.

Заплутані квантові системи можуть складатися з електронів, фотонів або інших квантових об’єктів. Поведінку таких частинок на атомному та субатомному рівнях вивчає окремий розділ фізики під назвою “квантова механіка”.

З моменту відкриття квантової телепортації було досягнуто значних успіхів у дослідженнях цього явища:

• 2015 рік: команда вчених з американського Національного інституту стандартів і технологій телепортувала фотони по оптоволоконному кабелю на відстань 102 км;
• 2017 рік: в Китаї запущено перший у світі квантовий супутник Micius, який продемонстрував можливість квантового зв’язку на великій відстані — між наземною станцією та супутником “Мо-цзі” на навколоземній орбіті, яка знаходиться на відстані 1400 км;
• 2019 рік: компанія “Google” представила світу перший робочий квантовий комп'ютер, який здатен працювати за наявності комп'ютерної мережі;
• 2021 рік: групі вчених зі США вдалося передати квантовий стан на 44 км з точністю понад 90% по волоконно-оптичній мережі.

Перспективи розвитку квантового Інтернету

З огляду на безупинний прогрес у дослідженнях технології квантового Інтернету, вона має неабиякий потенціал для забезпечення надзвичайно захищеного зв'язку в майбутньому.

Але разом із суттєвими досягненнями в галузі дослідження квантового зв'язку є кілька “але”, які поки що заважають цій технології бути повноцінно реалізованою в наше життя:

1. Необхідний надійний спосіб зберігання та обробки квантової інформації. Адже на відміну від класичних комп’ютерів, яким під силу легко зберігати та обробляти біти, квантові аналоги все ще знаходяться на стадії розробки. До того ж, щоб підтримувати цілісність кубітів на великих відстанях, необхідно розробити більш надійні протоколи квантового зв’язку.
2. Потрібна інтеграція систем квантового зв’язку з існуючими класичними мережами. Оскільки більшість світової digital інфраструктури базується на класичних методах зв’язку, треба навчитися ефективно перетворювати квантову інформацію в класичні біти і навпаки. Це забезпечить безперебійний зв’язок між квантовими та класичними пристроями.

У разі вирішення цих проблем квантова технологія зможе допомагати у розробці нових ліків, посиленні захисту стратегічних об’єктів, розширенні можливостей штучного інтелекту, а також застосовуватися у багатьох інших галузях.

Висновки

З огляду на успіхи в дослідженнях квантового та плазмового Інтернету, вже в недалекому майбутньому можна очікувати впровадження таких способів передачі інформації в наше життя. І хоча про повну заміну звичного нам Wi-Fi не йдеться, в комбінації з цим стандартом застосування нових технологій стане кроком до більш безпечного та ефективного спілкування.