Kuantum İletişimi

- Jul 01, 2020-

isim
kuantum iletişimikaşifAlan Espiket
ÖzellikleriYüksek verimlilik ve mutlak güvenlikZaman bul1982'de
TürleriYeni iletişim yöntemleri
Temel bileşenler

Kuantum durum üreteci, kuantum kanalı

gelişme süreci

1993 yılında CHBennett kuantum iletişim kavramını ortaya attı; Aynı yıl, farklı ülkelerden 6 bilim adamı, klasik ve kuantum yöntemleri birleştirerek kuantum ışınlanmasını gerçekleştirmek için bir plan önerdiler: bir parçacığın bilinmeyen kuantum durumunu diğerine aktarmak Bir yerde, başka bir parçacık kuantum haline hazırlanırken, orijinal parçacık yerinde kalır. Temel fikir, orijinal bilgiyi iki kısma ayırmaktır: alıcıya sırasıyla klasik kanal ve kuantum kanalı üzerinden iletilen klasik bilgi ve kuantum bilgisi. Gönderen tarafından orijinal madde üzerinde bir tür ölçüm gerçekleştiren klasik bilgiler elde edilir ve kuantum bilgileri, gönderenin ölçüm sırasında elde etmediği bilgilerin geri kalanıdır; Alıcı, bu iki tür bilginin tamamen yeniden üretilmesinden sonra orijinal kuantum durumunu hazırlayabilir. Bu süreçte, orijinal maddenin kendisi değil, yalnızca orijinal maddenin kuantum hali iletilir. Alıcı, diğer parçacıkları orijinal maddenin kuantum durumuna koyarken, gönderen bu kuantum durumu hakkında hiçbir şey bilmiyor bile. Bu şemada, iç içe geçmiş devletlerin yerel olmaması son derece önemli bir rol oynamaktadır. Kuantum ışınlanma, insanların gizemli doğa yasalarını anlaması ve ortaya çıkarması için sadece fizik alanında önemli değildir, aynı zamanda kuantum halini kuantum halinin iletimi yoluyla büyük kapasiteli bilginin iletimini tamamlamak için bir bilgi taşıyıcısı olarak da kullanabilir. prensip olarak çözülemez Quantum gizli iletişim.

1997'de, Avusturya'da okuyan genç bir Çinli bilim adamı olan Pan Jianwei, bilinmeyen kuantum durumlarının uzaktan aktarımını ilk kez gerçekleştirmek için Hollandalı bilim adamı Bomiister ve diğerleri ile işbirliği yaptı. Bu, dünyada ilk kez bir kuantum halinin Dünya A'daki bir fotondan Dünya B'deki bir fotona başarıyla aktarıldığı zamandır. Deneyde, yalnızca GG, durum GG; Kuantum bilgisinin% 50'si ifade edilir ve fotonun kendisi bir bilgi taşıyıcı olarak iletilmez.

2012 yılında, Çinli bilim insanı Pan Jianwei ve diğerleri, dünyanın ilk 100 kilometrelik boş uzay kuantum ışınlanması ve dolaşıklık dağıtımını başarıyla gerçekleştirerek dünyanın ilk" kuantum iletişim uydusu" nin fırlatılması için teknik temeli attı. Uluslararası yetkili akademik dergi" Nature" dergisi 9 Ağustos'ta bu başarıya odaklandı." Yüksek kayıplı bir zeminde 100 kilometrelik başarılı iletim, düşük kayıplı uzaydaki iletim mesafesinin 1.000 kilometreyi aşabileceği anlamına gelir ve temelde uzun mesafeli bilgi aktarımı sorununu çözer. kuantum iletişim uyduları." Araştırma ekibi üyesi Peng Chengzhi, Quantum'un iletişim uydularının çekirdek teknolojisindeki atılımın, gelecekte küresel bir kuantum iletişim ağı kurmanın teknik olarak mümkün olduğunu da gösterdiğini söyledi. 9 Ağustos'ta, uluslararası yetkili akademik dergi" Nature" uluslararası akademik camiada genel kabulünü temsil eden bu başarıya odaklandı." Nature" dergisi," uzun mesafeli kuantum iletişimi için bir kilometre taşı olma sözü verdiğini söyledi" ;," küresel bir kuantum ağına doğru" ;, Avrupa Fiziksel Topluluğu web sitesi, Amerika Birleşik Devletleri" Science News" dergi ve diğer özel raporlar.

Temel içerikler

Sözde kuantum iletişimi, bilgi iletmek için kuantum dolaşıklık etkisini kullanan yeni bir iletişim yöntemini ifade eder. Son yirmi yılda geliştirilen yeni bir disiplinlerarası gelişme ve kuantum teorisi ile bilgi teorisini birleştiren yeni bir araştırma alanıdır.

Optik kuantum iletişimi, bilgi aktarımını sağlamak için kuantum ışınlanmasını (iletimi) kullanan temelde kuantum dolaşık durum teorisine dayanır. Deneysel doğrulamaya göre, birbirine dolanmış durumdaki iki parçacık birbirinden ne kadar uzakta olursa olsun, biri değiştiği sürece diğeri de anında değişecektir. Optik kuantum iletişimini gerçekleştirmek için bu özelliği kullanma süreci şu şekildedir: önceden dolaşık durumlara sahip bir çift parçacık inşa edilir. İki parçacık iletişimin iki tarafına yerleştirilir ve bilinmeyen kuantum durumuna sahip parçacıklar ve gönderici' ın parçacıkları birlikte ölçülür (bir işlem) ve alıcı' ın parçacıkları anında çöker (değişim ) ve çökme (değişim) belirli bir durumdadır. Bu durum göndericinin&# 39 partiküllerinin çökme (değişim) sonrası durumuyla simetriktir ve daha sonra ortak ölçüm bilgisi alıcıya klasik kanal üzerinden iletilir ve alıcı çökmüş partiküller üzerinde üniter dönüşüm gerçekleştirir. alınan bilgi (ters dönüşümde ile eşdeğer), gönderenle aynı bilinmeyen kuantum durumunu elde edebilirsiniz.

Optik kuantum iletişim ile karşılaştırıldığında, klasik iletişim güvenliği ve verimliliği ile karşılaştırılamaz. Güvenlik-Kuantum iletişimi asla" sızıntı" Kuantum şifrelemenin anahtarı rastgeledir. Çalınan bir kişi tarafından ele geçirilse bile doğru anahtar elde edilemez, bu nedenle bilgi kırılamaz. Bir&# 39'un elinde dolaşık durumdaki iki parçacık, parçacıklardan birinin kuantum durumu değişir, diğer tarafın kuantum durumu hemen değişecek ve kuantum teorisine göre, herhangi bir makroskopik gözlem ve girişim, kuantum durumu, çökmesine neden oldu, bu nedenle hırsızlar tarafından müdahale nedeniyle elde edilen bilgiler, orijinal bilgiler değil, yok edildi. Verimli, iletilen bilinmeyen kuantum durumu ölçülmeden önce dolaşık bir durumda olacaktır, yani aynı anda birden fazla durumu temsil eder, örneğin bir kuantum durumu aynı anda 0 ve 1 olmak üzere iki sayıyı temsil edebilir, 7 bu kuantum durumları aynı anda 128 Durumu veya 128 haneyi temsil edebilir: 0 ~ 127. Böyle bir optik kuantum iletişim iletimi, klasik iletişim yönteminin 128 katına eşittir. Aktarım bant genişliği 64 bit veya daha yüksekse, verimlilikteki farkın 2'den N'ye kadar şaşırtıcı bir güç ve daha yüksek olacağı düşünülebilir.

İşte kuantum dolanıklığının daha fazla açıklaması. Kuantum dolanıklığı GG'nin "Schrödinger' kedisi" ile anlaşılabilir: Bir kediyi zehir içeren bir kutuya koyup kutuyu kapattığınızda, bir süre sonra, kedinin ölü mü diri mi olduğunu sorun? Kuantum Fiziğe cevap şudur: hem ölü hem de diri. Bazı insanlar kutuyu açıp ona bakıp bakmadığınızı bilmediğinizi söyleyecektir. Evet, kutuyu açtığınızda kedinin ölü mü diri mi olduğunu anlayacaksınız, ancak kuantum fiziğinin yorumuna göre: bu ölü veya diri durum insan gözleminin sonucudur, yani İnsan makro bozuklukları kedileri ölü veya diri yapar , kutu örtüldüğünde gerçek durum değil. Benzer şekilde, mikroskobik parçacıklar GG'de bulunur; ölü GG; ve" canlı"&olmadan önce belirtir; rahatsız" Hem&hem de 0&olduğu söylenebilir; ve" 1".

Kuantum iletişimi, yüksek verimlilik ve mutlak güvenlik özelliklerine sahiptir ve şu anda uluslararası kuantum fiziğinin ve bilgi biliminin araştırma sıcak noktasıdır. Kuantum iletişiminin kökeninin izini sürmek için, Einstein' un" hayalet" kuantum dolanıklığının kanıtıyla başlamalıyız.

İnsanlar dolaşan parçacıklar arasındaki etkileşime şüpheyle yaklaştıkları için, fizikçiler bu sihirli özelliğin onlarca yıldır doğru olup olmadığını doğrulamaya çalışıyorlar.

1982'de Fransız fizikçi Alain Aspect ve ekibi,&fenomeninin varlığını doğrulayan bir deneyi başarıyla tamamladı; kuantum dolaşıklığı" mikroskobik parçacıklar. Bu sonuç Batı biliminin ana akım dünya görüşü üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Descartes, Galileo ve Newton'dan bu yana, Batı bilim camiasının ana akım düşüncesi, evrenin bileşenlerinin birbirinden bağımsız olduğuna ve aralarındaki etkileşimin uzay ve zamanla (yani yerelleştirilmiş) sınırlı olduğuna inanmaktadır. Kuantum dolaşıklığı, Einstein' un hayalet-ürkütücü eyleminin uzaktan varlığını doğrular. İki madde arasında, ne kadar uzakta olursa olsun, birbirlerini etkileyebileceklerini ve dört boyutlu uzay-zamandan etkilenmediklerini kanıtlıyor. Kısıtlama yerel değildir ve evrenin dünyada derin iç bağlantıları vardır.

Kuantum dolaşıklık teorisi temelinde, 1993 yılında Amerikalı bilim adamı CH Bennett, kuantum iletişimi (Quantum Teleportation) kavramını önerdi. Kuantum iletişimi, bilgileri kuantum durumlarıyla taşıyan bir iletişim yöntemidir. Güvenli bir iletişim süreci uygulamak için fotonlar gibi temel parçacıkların kuantum dolaşıklığı ilkesini kullanır. Kuantum iletişimi kavramının tanıtımı, Einstein' un" ürkütücü" kuantum dolaşıklık faydası, gerçek gücünü gerçekten kullanmaya başladı.

1993'te Bennett, kuantum iletişimi kavramını önerdikten sonra, farklı ülkelerden altı bilim adamı, kuantum dolaşıklığı teorisine dayanarak, kuantum ışınlanmasını, yani bir parçacığın bilinmeyen kuantumunu elde etmek için klasik ve kuantum yöntemlerinin kullanılmasını önerdiler. başka bir yere aktarılır ve başka bir parçacık kuantum haline hazırlanır ve orijinal parçacık yerinde kalır. Bu, kuantum iletişiminin orijinal temel şemasıdır. Kuantum ışınlanması, insanların gizemli doğa yasalarını anlaması ve ortaya çıkarması için sadece fizik alanında önemli değildir, aynı zamanda kuantum durumlarını kuantum elde etmek için kuantum durumlarının iletimi yoluyla büyük kapasiteli bilgilerin iletimini tamamlamak için bilgi taşıyıcıları olarak da kullanabilir. prensip olarak çözülemez. Gizli iletişim.

1997'de Avusturya'da okuyan Çinli genç bilim adamı Pan Jianwei, bilinmeyen kuantum durumlarının uzaktan aktarımını ilk kez gerçekleştirmek için Hollandalı bilim adamı Bomiister ve diğerleri ile işbirliği yaptı. Bu, dünyada ilk kez bir kuantum halinin Dünya A'daki bir fotondan Dünya B'deki bir fotona başarıyla aktarıldığı zamandır. Deneyde, yalnızca GG, durum GG; Kuantum bilgisinin% 'si ifade edilir ve bilgi taşıyıcı olarak fotonun kendisi iletilmez.

20 yıldan fazla süren geliştirmeden sonra, kuantum iletişim disiplini yavaş yavaş teoriden deneye ve pratik gelişime geçti. İlgili ana alanlar şunlardır: kuantum kriptografi iletişimi, kuantum uzaktan ışınlama ve kuantum yoğun kodlama.

Kuantum iletişim sistemleri, ilettikleri bilgilerin klasik veya kuantum olmasına göre iki kategoriye ayrılır. İlki esas olarak kuantum anahtarlarının iletimi için kullanılırken, ikincisi kuantum ışınlanmasının ve kuantum dolanmasının dağıtımı için kullanılabilir. Sözde görünmez iletim, bir tür" tam" gerçek şeyden ayrı bilgi aktarımı. Fizik perspektifinden bakıldığında, görünmez aktarım süreci şu şekilde düşünülebilir: önce orijinalin tüm bilgilerini çıkarın, sonra bilgiyi alıcı yere iletin ve alıcı, orijinali oluşturan aynı temel birimi temel alarak seçer. bilgi ve orijinalin mükemmel bir kopyasını üretir. Ancak, kuantum mekaniğinin belirsizlik ilkesi, orijinalin tüm bilgilerinin doğru bir şekilde çıkarılmasına izin vermez ve bu kopya mükemmel olamaz. Yani uzun bir süre ışınlanma bir hayalden başka bir şey değildi.

1993 yılında, farklı ülkelerden altı bilim adamı, kuantum ışınlanmasını sağlamak için klasik ve kuantum yöntemlerini kullanan bir şema önerdi: bir parçacığın tanınmayan kuantum durumunu başka bir yere aktarmak ve başka bir parçacığı kuantum durumunda hazırlamak için, orijinal parçacıklar yerinde kalır. . Temel fikir, orijinal bilgiyi iki kısma ayırmaktır: alıcıya sırasıyla klasik kanal ve kuantum kanalı üzerinden iletilen klasik bilgi ve kuantum bilgisi. Klasik bilgiler, gönderen tarafından orijinal maddenin belirli bir ölçümünü alarak elde edilir ve kuantum bilgisi, gönderenin ölçümde çıkarmadığı bilgilerin geri kalanıdır; Alıcı bu iki tür bilgiyi elde ettikten sonra, orijinal kuantum hali tamamen replika olarak hazırlanabilir. Bu süreçte, orijinal maddenin kendisi değil, yalnızca orijinal maddenin kuantum hali iletilir. Alıcı, diğer parçacıkları orijinal kuantum durumuna koyarken, gönderici bu kuantum durumu hakkında hiçbir şey bilmiyor bile.

Bu şemada, iç içe geçmiş devletlerin yerel olmaması çok önemli bir rol oynar. Kuantum mekaniği, Bell&# 39'un eşitsizliğini ihlal eden deneysel sonuçlarla doğrulanan, yerel olmayan bir teoridir. Bu nedenle, kuantum mekaniği birçok sezgisel etki sergiler. Kuantum mekaniğinde, iki parçacık durumu, aralarındaki ilişkinin klasik olarak açıklanamayacağı şekilde hazırlanabilir. Böyle bir duruma dolaşık durum denir. Kuantum dolaşıklığı, iki veya daha fazla kuantum sistemi arasındaki etkileşimi ifade eder Yerel olmayan klasik olmayan birleşme. Kuantum ışınlama, insanların fizik alanındaki gizemli doğa yasalarını anlaması ve ortaya çıkarması için son derece önemli olmakla kalmaz, aynı zamanda kuantum halini kuantum halinin iletimi yoluyla büyük kapasiteli bilginin iletimini gerçekleştirmek için bir bilgi taşıyıcısı olarak da kullanabilir. prensipte çözülemez olan. Quantum gizli iletişim.

1997 yılında, Avusturya'da okuyan genç bir Çinli bilim adamı olan Pan Jianwei ve Hollandalı bilim adamı Bomiister, vb. Bilinmeyen kuantum durumlarının uzun mesafeli aktarımını gerçekleştirmek için ilk kez işbirliği yaptı. Bu, dünyada ilk kez bir kuantum halinin Dünya A'daki bir fotondan Dünya B'deki bir fotona başarıyla aktarıldığı zamandır. Deneyde iletilen şey sadece&halini ifade etmekti "GG" durumu; kuantum bilgisi ve fotonun kendisi bir bilgi taşıyıcı olarak aktarılmadı. Kısa süre sonra, Pan Jianwei ve ortakları, yüksek kaliteli kuantum dolaşık durumların nasıl saflaştırılacağına dair çalışmada yeni atılımlar yaptılar. Uzun mesafelerde kuantum durumlarının ışınlanması için, genellikle iki uzak yerin en büyük kuantum dolaşık durumu önceden paylaşmasına izin vermek gerekir. Bununla birlikte, çeşitli kaçınılmaz çevresel gürültüler nedeniyle, kuantum dolaşık durumların kalitesi, iletim mesafesi arttıkça daha da kötüleşecektir. Bu nedenle, yüksek kaliteli kuantum dolaşık durumların nasıl saflaştırılacağı şu anda kuantum iletişim araştırmalarında önemli bir konudur.

Birçok uluslararası araştırma grubu bu konu üzerinde çalışıyor ve kuantum dolaşık durumların saflaştırılması için bir dizi teorik çözüm önerdi, ancak bunların hiçbiri mevcut teknolojiyle elde edilemez. Daha sonra, Pan Jianwei ve diğerleri, mevcut teknolojiyi kullanarak deneysel olarak mümkün olan kuantum dolaşık durum saflaştırmasının teorik çözümünü keşfettiler ve prensip olarak günümüzde uzun mesafeli kuantum iletişiminin temel problemini çözdüler. Bu araştırma başarısı, uluslararası bilim camiası tarafından oldukça değerlendirilmiştir ve" olarak adlandırılmıştır; uzun mesafe kuantum iletişim araştırmasında bir sıçrama"

Bir çift:Veri Merkezi MPO / MTP Çözümlerinden Ne Fayda Sağlayacak? Sonraki:Fiber Optik Pigtail