Новейшие технологии Интернета: плазменный (Li-Fi) и квантовый

Li-Fi технология: что это и как работает

Термин “Li-Fi” представляет собой аббревиатуру от англ. “Light Fidelity” (“light” — “свет” и “fidelity” — “точность”). Соответственно плазменным Интернетом называют быструю беспроводную систему передачи информации с помощью видимого света вместо радиоволн, как в Wi-Fi. Цель разработчиков Li-Fi — достичь в сто раз большей скорости передачи данных по сравнению со знакомой всем нам технологией Wi-Fi.

Изобретателем Light Fidelity технологии считается немецкий физик Харальд Хаас. В 2011 году в лабораторных условиях он использовал обычную светодиодную лампу в качестве роутера и достиг скорости передачи данных в 224 Гбит/с. В том же году ученый продемонстрировал свои наработки в рамках конференции “TED Global”. Но из-за достаточно скептических мыслей публики Хаас только через четыре года создал первый прототип устройства, который полностью отвечал его замыслу.

Удобство технологии Li-Fi состоит в том, что в процессе передачи данных нет необходимости использовать устройства-посредники. А приемопередатчики со светодиодами способны не только обмениваться информацией в больших объемах, но и освещать помещения.

Li-Fi и Wi-Fi: сравнение технологий

Общее между технологиями Li-Fi и Wi-Fi состоит в том, что они используют похожие протоколы IEEE 802.11. Однако Light Fidelity использует электромагнитные волны видимого света, а Wireless Fidelity – радиоволны, чем обусловлены отличия между ними. В частности, если сравнивать с Wi-Fi технологией, Li-Fi имеет свои плюсы и минусы.

Плюсы Li-Fi:

• Имеет более широкую полосу пропускания.
• Обеспечивает большую скорость передачи данных.
• Является более безопасной с точки зрения передачи информации.
• Способствует оптимизации энергозатрат, объединяя систему освещения и хот-споты.
• Не создает помех в сети при работе Li-Fi-устройств.

Минусы Li-Fi:

• Имеет меньшую зону покрытия.
• Не может быть организована на улице при солнечном свете.
• Не работает в темноте без светодиодных ламп.

Но вряд ли стоит ожидать, что Light Fidelity заменит собой Wireless Fidelity. Вероятнее всего, светодиодные роутеры будут использоваться в тандеме с Wi-Fi из-за пока нерешенных проблем.

Потенциальные сферы использования Li-Fi технологии

Среди сфер и направлений, которые уже сегодня больше всего нуждаются во внедрении Li-Fi технологии, можно назвать:

• Смарт-освещение. Такая система в “умном доме” наверняка будет использовать Li-Fi, ведь технология передачи данных с помощью светодиодов способна заменить любые другие беспроводные и проводные системы.
• Интерактивные беспроводные устройства и игрушки. Они всегда смогут поддерживать связь с сетью без дополнительных средств за счет почти повсеместного присутствия светильников, настольных ламп, люстр, прожекторов и пр.
• Мобильная связь. Когда ее освободят другие технологии, которые больше не используются, она получит большой спектр дополнительных частот.
• Подводные работы. При условии достаточной интенсивности излучения с помощью светодиодов можно передавать сигнал при проведении работ под водой, ведь жидкость его не гасит.
• Опасные или военные объекты. Речь идет о салонах самолетов, операционных и реанимационных, а также других местах, где раньше использование Интернета могло угрожать безопасности или препятствовать функционированию оборудования.
• Транспортные сети и системы навигации. Технология поможет установить между ними непосредственную связь и таким образом будет содействовать улучшению дорожной обстановки, повышению безопасности пешеходов и транспорта.
• Гаджеты и портативные ПК. Смартфоны, планшеты, ноутбуки получат простое, стабильное, высокоскоростное и, что важно, максимально безопасное интернет-подключение.

В пользу распространения технологии Li-Fi свидетельствует то, что:

1. Установка еще нескольких небольших электронных блоков в помещении не является проблемой.
2. Внешне светодиодные лампы почти ничем не отличаются от обычных.
3. Пользовательская сеть не требует специального переоборудования, ведь в любой квартире или доме достаточно светильников и розеток для подключения необходимых устройств.

Квантовый Интернет: история появления и исследования

С каждым годом безопасность и эффективность систем связи приобретает все большее значение. И такая революционная технология, как квантовый Интернет, обещает повысить конфиденциальность и защиту информации до того уровня, чтобы ее фактически невозможно было потерять или перехватить.

Квантовые компьютеры способны работать в разы быстрее самых мощных суперкомпьютеров, существующих в настоящее время. Но это возможно при условии создания специальной компьютерной сети, в пределах которой осуществляется передача информации. В начале открытия квантовой связи в этом процессе принимали участие только два устройства. Но в 2014 году ученым из Делфтского технического университета (Нидерланды) удалось объединить в одной системе одновременно три машины и таким образом расширить возможности технологии на коротком расстоянии.

Проведенный эксперимент стал успешным благодаря так называемой квантовой телепортации, которую еще называют запутанностью. Это явление предусматривает передачу данных между объектами без перемещения материи, где они хранятся. В результате в такой системе отсутствует промежуточный канал передачи информации (при Wi-Fi соединении таким каналом выступают сервера), что делает ее более защищенной. При этом между объектами, взаимодействующими между собой, устанавливается неразрывная связь, вследствие которой состояние одного непосредственно влияет на состояние другого, независимо от расстояния между ними. Такая форма взаимодействия получила название “квантовая коммуникация”.

Для передачи информации квантовая коммуникация использует кубиты — квантовый эквивалент классичнеских битов, которые могут существовать в нескольких состояниях одновременно. Эта особенность, которая называется суперпозицией, позволяет передавать огромные объемы данных за промежуток времени, который понадобился бы при использовании традиционных методов связи, обеспечивая уникальный уровень безопасности.

Запутанные квантовые системы могут состоять из электронов, фотонов или других квантовых объектов. Поведение таких частиц на атомном и субатомном уровнях изучает отдельный раздел физики под названием “квантовая механика”.

С момента открытия квантовой телепортации были достигнуты значительные успехи в исследованиях этого явления:

• 2015 год: команда ученых из американского Национального института стандартов и технологий телепортировала фотоны по оптоволоконному кабелю на расстояние 102 км;
• 2017 год: в Китае запущен первый в мире квантовый спутник Micius, который продемонстрировал возможность квантовой связи на большом расстоянии — между наземной станцией и спутником “Мо-цзи” на околоземной орбите, которая находится на расстоянии 1400 км;
• 2019 год: компания “Google” представила миру первый рабочий квантовый компьютер, который способен работать при наличии компьютерной сети;
• 2021 год: группе ученых из США удалось передать квантовое состояние на 44 км с точностью свыше 90% по волоконно-оптической сети.

Перспективы развития квантового Интернета

Учитывая непрерывный прогресс в исследованиях технологии квантового Интернета, она имеет незаурядный потенциал для обеспечения чрезвычайно защищенной связи в будущем.

Но вместе с существенными достижениями в области исследования квантовой связи есть несколько “но”, которые пока что мешают этой технологи быть полноценно реализованной в нашу жизнь:

1. Необходим надежный способ хранения и обработки квантовой информации. Ведь в отличие от классических компьютеров, которым под силу легко хранить и обрабатывать биты, квантовые аналоги все еще находятся на стадии разработки. К тому же, чтобы поддерживать целостность кубитов на больших расстояниях, необходимо разработать более надежные протоколы квантовой связи.
2. Нужна интеграция систем квантовой связи с существующими классическими сетями. Поскольку большинство мировой digital инфраструктуры базируется на классических методах связи, надо научиться эффективно превращать квантовую информацию в классические биты и наоборот. Это обеспечит бесперебойную связь между квантовыми и классическими устройствами.

В случае решения этих проблем квантовая технология сможет помогать в разработке новых лекарств, усилении защиты стратегических объектов, расширении возможностей искусственного интеллекта, а также применяться во многих других отраслях.

Выводы

Учитывая успехи в исследованиях квантового и плазменного Интернета, уже в недалеком будущем можно ожидать внедрения таких способов передачи информации в нашу жизнь. И хотя о полной замене привычного нам Wi-Fi речь не идет, в комбинации с этим стандартом применение новых технологий станет шагом к более безопасному и эффективному общению.