Architecture of Quantum Networks for Distributed Computing and Secure Communications
( Pp. 222-229)
More about authors
Fattakhov Ruzel R.
postgraduate student, Department of Automated Information Processing and Management Systems
Kazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev – KAI
Kazan, Republic of Tatarstan, Russian Federation Barkov Igor A. Dr. Sci. (Eng.), Associate Professor; Professor, Department of Automated Information Processing and Control Systems; Kazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev – KAI; Kazan, Republic of Tatarstan, Russian Federation Gibadullin Ruslan F. Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor; associate professor, Department of Computer Systems; Kazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev – KAI; Kazan, Republic of Tatarstan, Russian Federation
Kazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev – KAI
Kazan, Republic of Tatarstan, Russian Federation Barkov Igor A. Dr. Sci. (Eng.), Associate Professor; Professor, Department of Automated Information Processing and Control Systems; Kazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev – KAI; Kazan, Republic of Tatarstan, Russian Federation Gibadullin Ruslan F. Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor; associate professor, Department of Computer Systems; Kazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev – KAI; Kazan, Republic of Tatarstan, Russian Federation
Abstract:
Quantum networks represent a promising and rapidly developing field at the intersection of quantum physics and information technology, intended to serve as the architectural foundation for the quantum Internet. The paper examines the fundamental principles of quantum network construction, including the use of qubits and photonic systems for transmitting quantum information over fiber-optic channels. A comparative analysis of classical (LAN, WAN, SAN) and quantum (QLAN, QWAN, QSAN) computing network models is carried out. Various types of quantum sensor networks and examples of their scientific applications are described, including quantum magnetometer networks, entangled atomic clock networks, and phase-sensitive networks. The concepts of blind quantum computing, which ensures the confidentiality of delegated computations, and quantum key distribution protocols as a basis for cryptographic protection of communication channels are considered. Key technological barriers related to the no-cloning theorem and the need for developing quantum repeaters are identified. A computational experiment simulating the BB84 protocol is reported, yielding quantitative error rate estimates for varying channel noise and eavesdropping levels.
How to Cite:
Fattakhov R.R., Barkov I.A. and Gibadullin R.F. Architecture of quantum networks for distributed computing and secure communications. Computational Nanotechnology. 13, 1 (2026), 222–229. DOI: 10.33693/2313-223X-2026-13-1-222-229. EDN: NDLDQC
Reference list:
Аскаров М.А., Имамов Э.З., Муминов Р.А. Моделирование влияния нанообъектов на эффективность солнечных элементов // Computational Nanotechnology. 2023. Т. 10. № 4. С. 110–121. DOI: 10.33693/2313-223X-2023-10-4-110-121. EDN: CPREPA.
Горбенко О.Н., Рожкова А.А. Проблемы использования солнечной энергии // Современные наукоемкие технологии. 2014. № 5–2. С. 38–39.
Гременюк В.Ф., Тиванов М.С., Залесский В.Б. Солнечные элементы на основе полупроводниковых материалов // Альтернативная энергетика и экология. 2009. № 1 (69). С. 59–123.
Губанов А.И. Квантово-электронная теория аморфных и жидких полупроводников. М.: Изд-во АН СССР, 1961. 286 с.
Гусев А.Л. Диоксид марганца палладированный: его получение, свойства и применение: монография. Саров-Октябрьский, 2025. 543 с. DOI: 10.13140/RG.2.2.34137.79200.
Джалалов Т.А., Портер Л.M., Имамов Э.З., Муминов Р.А. Теория электростатического поля в наноразмерных p-n-переходах // Uzbek Journal of Physics. 2015. Т. 17. № 3. С. 131–139.
Имамов Э.З., Джалалов Т.А. Принципы наногелиоэнергетики или Актуальные проблемы сочетания и развития двух технологий: функциональные нано материалы и повышение эффективности солнечных элементов: монография. Ташкент: Фан ва технология, 2015. 112 с.
Имамов Э.З., Джалалов Т.А., Муминов Р.А., Рахимов Х.Х. Теоретическая модель новой контактной структуры «нанообъект–полупроводник» // Computational Nanotechnology. 2015. № 4. С. 58–63.
Кенжаев З.Т. Состояние и перспективы развития солнечной энергетики // Молодой ученый. 2017. № 37 (171). С. 6–7.
Мировая энергетика: основные тенденции, динамика, перспективы / под ред. С.В. Жукова. М.: ИМЭМО РАН, 2018. 200 с.
Муминов Р.А., Имамов Э.З., Рахимов Р.Х., Аскаров М.А. Факторы эффективной генерации электричества в солнечном элементе с наногетеропереходами // Вычислительные нанотехнологии. 2023. Т. 10. № 1. С. 119–127. DOI: 10.33693/2313-223X-2023-10-1-119-127.
Муминов Р.А., Турсунов М.Н., Сабиров Г. и др. Исследование методов защиты поверхности фотоэлектрических батарей от загрязнения // Гелиотехника. 2015. Т. 51. № 2. С. 163–164.
Муминов Р.А., Турсунов М.Н., Сабиров Г. и др. Исследование фотопараметров тепловых батарей повышенной эффективности в естественных условиях // Проблемы энерго- и ресурсосбережения. 2019. № 3–4. С. 142–148.
Нурудинов С.М., Якупов З.Я. Проблемы и перспективы развития солнечной энергетики в текущей экологической ситуации // Вестник науки. 2024. Т. 2. № 12 (81). С. 1967–1975.
Стейлер Р. Нефть. Кто диктует правила миру, сидящему на сырьевой игле. М.: Альпина Паблишер, 2011. 252 с.
Турсунов М.Н., Муминов Р.А., Тукфатуллин О.Ф. и др. Фототермоэлектрические батареи на основе кремниевых солнечных элементов // Гелиотехника. 2011. № 1. С. 72–75.
Фельц А. Аморфные и стеклообразные неорганические твердые вещества. М.: Мир, 1986. 556 с.
Юлдошев И.А., Саймбетов А.К. Комбинированные фототермоконвертеры солнечной энергии с отражающими концентраторами // Труды XII междунар. науч. конф. «Физика твердого тела». 2014. С. 217–219.
Askarov M.A., Imamov E.Z., Karimov Kh.N. Analysis of photocurrent in nanostructured silicon solar cells // Journal of Nano- and Electronic Physics. 2025. Vol. 17. No. 1. Art. 01007.
Askarov M.A., Imamov E.Z., Karimov Kh.N. Investigation of energy parameters of solar cells with a nanostructured contact // Journal of Nano- and Electronic Physics. 2024. Vol. 16. No. 1. Art. 01030.
Imamov А.E., Imamov E.Z., Kholmedov Kh.M. et al. Solving the problem of training specialists in the operation of solar energy devices // Science and Innovation. 2023. Vol. 2. No. 10. Pp. 165–169. DOI: 10.5281/zenodo.10003339.
Горбенко О.Н., Рожкова А.А. Проблемы использования солнечной энергии // Современные наукоемкие технологии. 2014. № 5–2. С. 38–39.
Гременюк В.Ф., Тиванов М.С., Залесский В.Б. Солнечные элементы на основе полупроводниковых материалов // Альтернативная энергетика и экология. 2009. № 1 (69). С. 59–123.
Губанов А.И. Квантово-электронная теория аморфных и жидких полупроводников. М.: Изд-во АН СССР, 1961. 286 с.
Гусев А.Л. Диоксид марганца палладированный: его получение, свойства и применение: монография. Саров-Октябрьский, 2025. 543 с. DOI: 10.13140/RG.2.2.34137.79200.
Джалалов Т.А., Портер Л.M., Имамов Э.З., Муминов Р.А. Теория электростатического поля в наноразмерных p-n-переходах // Uzbek Journal of Physics. 2015. Т. 17. № 3. С. 131–139.
Имамов Э.З., Джалалов Т.А. Принципы наногелиоэнергетики или Актуальные проблемы сочетания и развития двух технологий: функциональные нано материалы и повышение эффективности солнечных элементов: монография. Ташкент: Фан ва технология, 2015. 112 с.
Имамов Э.З., Джалалов Т.А., Муминов Р.А., Рахимов Х.Х. Теоретическая модель новой контактной структуры «нанообъект–полупроводник» // Computational Nanotechnology. 2015. № 4. С. 58–63.
Кенжаев З.Т. Состояние и перспективы развития солнечной энергетики // Молодой ученый. 2017. № 37 (171). С. 6–7.
Мировая энергетика: основные тенденции, динамика, перспективы / под ред. С.В. Жукова. М.: ИМЭМО РАН, 2018. 200 с.
Муминов Р.А., Имамов Э.З., Рахимов Р.Х., Аскаров М.А. Факторы эффективной генерации электричества в солнечном элементе с наногетеропереходами // Вычислительные нанотехнологии. 2023. Т. 10. № 1. С. 119–127. DOI: 10.33693/2313-223X-2023-10-1-119-127.
Муминов Р.А., Турсунов М.Н., Сабиров Г. и др. Исследование методов защиты поверхности фотоэлектрических батарей от загрязнения // Гелиотехника. 2015. Т. 51. № 2. С. 163–164.
Муминов Р.А., Турсунов М.Н., Сабиров Г. и др. Исследование фотопараметров тепловых батарей повышенной эффективности в естественных условиях // Проблемы энерго- и ресурсосбережения. 2019. № 3–4. С. 142–148.
Нурудинов С.М., Якупов З.Я. Проблемы и перспективы развития солнечной энергетики в текущей экологической ситуации // Вестник науки. 2024. Т. 2. № 12 (81). С. 1967–1975.
Стейлер Р. Нефть. Кто диктует правила миру, сидящему на сырьевой игле. М.: Альпина Паблишер, 2011. 252 с.
Турсунов М.Н., Муминов Р.А., Тукфатуллин О.Ф. и др. Фототермоэлектрические батареи на основе кремниевых солнечных элементов // Гелиотехника. 2011. № 1. С. 72–75.
Фельц А. Аморфные и стеклообразные неорганические твердые вещества. М.: Мир, 1986. 556 с.
Юлдошев И.А., Саймбетов А.К. Комбинированные фототермоконвертеры солнечной энергии с отражающими концентраторами // Труды XII междунар. науч. конф. «Физика твердого тела». 2014. С. 217–219.
Askarov M.A., Imamov E.Z., Karimov Kh.N. Analysis of photocurrent in nanostructured silicon solar cells // Journal of Nano- and Electronic Physics. 2025. Vol. 17. No. 1. Art. 01007.
Askarov M.A., Imamov E.Z., Karimov Kh.N. Investigation of energy parameters of solar cells with a nanostructured contact // Journal of Nano- and Electronic Physics. 2024. Vol. 16. No. 1. Art. 01030.
Imamov А.E., Imamov E.Z., Kholmedov Kh.M. et al. Solving the problem of training specialists in the operation of solar energy devices // Science and Innovation. 2023. Vol. 2. No. 10. Pp. 165–169. DOI: 10.5281/zenodo.10003339.
Keywords:
QBER, quantum network, quantum Internet, distributed quantum computing, quantum entanglement, quantum key distribution, blind quantum computing, quantum repeater, fiber-optic communication channels, BB84 protocol, QBER.
