Kvantumkommunikáció

fejlesztési folyamat

1993-ban a CHBennett előterjesztette a kvantumkommunikáció fogalmát; ugyanabban az évben 6 különféle országból származó tudós egy olyan kvantitatív teleportálás megvalósítási sémáját javasolta, amely klasszikus és kvantum módszereket kombinál: egy részecske ismeretlen kvantumállapotának átvitele egy másikba. Egy helyen egy másik részecske készül a kvantumállapotba, míg az eredeti a részecske a helyén marad. Az alapötlet az, hogy az eredeti információt két részre kell osztani: a klasszikus információt és a kvantum információt, amelyeket a vevőnek a klasszikus csatornán, illetve a kvantum csatornán továbbítanak. A klasszikus információt a feladó az eredeti anyag valamilyen mérését végzi, és a kvantum információ az a többi információ, amelyet a küldő nem kapott a mérés során; a vevő előkészítheti az eredeti kvantumállapotot, miután megszerezte a kétféle információt teljes egészében. Ebben a folyamatban csak az eredeti anyag kvantumállapota kerül továbbításra, nem maga az eredeti anyag. A küldő még semmit sem tudhat erről a kvantumállapotról, míg a vevő más részecskéket az eredeti anyag kvantumállapotába helyez. Ebben a rendszerben az összefonódott államok nem lokalitása rendkívül fontos szerepet játszik. A kvantum-teleportálás nem csak a fizika területén fontos, hogy az emberek megértsék és felfedjék a rejtélyes természetű törvényeket, hanem a kvantumállapotot mint információhordozót is felhasználhatják a nagy kapacitású információk továbbítására a kvantumállapot továbbításával, elérve elvileg megfejthetetlen kvantum-bizalmas kommunikáció.

1997-ben Pan Jianwei, egy fiatal, Ausztriában tanulmányozó kínai tudós együttműködött Bomiister holland tudósokkal és másokkal az ismeretlen kvantumállapotok távoli továbbításának elősegítésére. Ez az első alkalom a világon, amikor egy kvantumállapotot sikeresen átvitték az A Föld fotonjáról a B Föld fotonjára. A kísérletben csak a" az állapot" A kvantuminformációt kifejezzük, és maga a foton, mint információhordozó, nem kerül továbbításra.

2012-ben Pan Jianwei kínai tudós és mások sikeresen teljesítették a világ első 100 kilométernyi kvantum-teleportációját és összefonódásának eloszlását a világon, megteremtve a műszaki alapot a világ első GG-kvóta elindításához; kvantumkommunikációs műholdas GG-kvóta ;. A nemzetközi hiteles tudományos folyóirat" Nature" A magazin augusztus 9-én erre az eredményre összpontosított.": A 100 kilométer sikeres továbbítása nagy veszteségű földön azt jelenti, hogy a kis veszteségű térben az átviteli távolság elérheti a több mint 1000 kilométert, alapvetően megoldva a távolsági információátvitel problémáját. kvantum kommunikációs műholdak száma." A kutatócsoport tagja, Peng Chengzhi elmondta, hogy a kvantum A kommunikációs műholdak alapvető technológiájának áttörése azt is mutatja, hogy a jövőben technikailag megvalósítható egy globális kvantumkommunikációs hálózat felépítése. Augusztus 9-én a nemzetközi hiteles tudományos folyóirat" Nature" erre az eredményre összpontosított, és elismerte annak általános elismerését a nemzetközi tudományos közösségben." Nature" A magazin szerint" ígéretes lesz a távolsági kvantumkommunikáció mérföldkövévé válni"" a globális kvantumhálózat felé" quot; magazin és más speciális jelentések.

Alapvető tartalmak

Az úgynevezett kvantumkommunikáció egy új típusú kommunikációs módszerre utal, amely a kvantumbeillesztési hatást használja az információk továbbítására. Ez egy új interdiszciplináris fejlesztés, amelyet az elmúlt két évtizedben fejlesztettek ki, és egy új kutatási terület, amely a kvantumelméletet és az információelméletet ötvözi.

Az optikai kvantumkommunikáció elsősorban a kvantumba szorult állapotok elméletén alapul, kvantum-teleportációval (átvitel) az információátvitel elérése érdekében. A kísérleti ellenőrzés szerint nem számít, milyen messze vannak egymástól két összefonódott állapotú részecske, mindaddig, amíg az egyik megváltozik, a másik azonnal megváltozik. Ennek a tulajdonságnak az optikai kvantumkommunikáció megvalósításához történő felhasználásának folyamata a következő: előre összeállítunk egy összefonódott állapotú részecskepárt. A két részecskét a kommunikáció két oldalára helyezzük, és az ismeretlen kvantumállapotú részecskéket és a küldő&# 39 részecskéit együttesen megmérjük (egy művelet), és a&# 39 vevő részecskéi azonnal összeomlanak (megváltozik) ), és az összeomlás (változás) egy bizonyos állapotban van. Ez az állapot szimmetrikus a küldő&# 39 részecskéinek állapotával az összeomlás (változás) után, majd az együttes mérési információt a klasszikus csatornán továbbítják a vevőhöz, és a vevő az összeomlott részecskék egységes átalakítását hajtja végre az a kapott információk (az inverz transzformációval egyenértékűek) ugyanolyan ismeretlen kvantumállapotot kaphatnak, mint a küldő.

Az optikai kvantumkommunikációval összehasonlítva a klasszikus kommunikáció nem hasonlítható össze biztonságával és hatékonyságával. A biztonság-kvantum kommunikáció soha nem" szivárog a" ;. A kvantum titkosítás kulcsa véletlenszerű. Még ha ellopja is, ellopja a helyes kulcsot, tehát az információk nem repedhetnek. Két részecske összefonódott állapotúak egy&# 39-ben, az egyik részecske kvantum állapota megváltozik, a másik oldal kvantum állapota azonnal megváltozik, és a kvantumelmélet szerint minden makroszkopikus megfigyelés és interferencia azonnal megváltoztatja a kvantumállapot, ami összeomlott, tehát a lopók által az interferencia miatt beszerzett információk megsemmisültek, nem az eredeti információk. Hatékony, ha az átvitt ismeretlen kvantumállapot összekapcsolt állapotban van, mielőtt a mérést elvégzi, vagyis több állapotot képvisel egyszerre, például egy kvantumállapot két 0 és 1 számot jelenthet egyszerre, 7 az ilyen kvantumállapotok egyidejűleg 128 állapotot vagy 128 számjegyet képviselhetnek: 0 ~ 127. Az optikai kvantumkommunikáció ilyen továbbítása a klasszikus kommunikációs módszer 128-szorosa. Elképzelhető, hogy ha az átviteli sávszélesség legalább 64 bit, akkor a hatékonyságbeli különbség 2 és N közötti teljesítmény meglepő ereje lesz.

Itt található a kvantum összefonódásának további magyarázata. A kvantum belegabalyodása érthető a" Schrodinger' macska" ;: amikor egy macskát egy méregtartó dobozba teszünk, majd egy idő után lefedjük a dobozt, kérdezzük, hogy a macska meghalt-e vagy él? Kvantum A válasz a fizikára: halott és életben is. Néhányan azt mondják, hogy nem tudja, kinyitja-e a dobozt, és megnézte. Igen, akkor tudni fogja, hogy a macska meghalt-e vagy életben van-e, amikor kinyitja a dobozt, de a kvantumfizika értelmezése szerint: ez a halott vagy élő állapot az emberi megfigyelés eredménye, vagyis az emberi makrozavarok miatt a macskák halottak vagy életben vannak , nem az a tényleges állapot, amikor a doboz fedett. Hasonlóképpen, mikroszkopikus részecskék voltak a"ban, halott" és" élő" állítja, mielőtt GG-quot; zavart GG-quot; Azt lehet mondani, hogy ez egyaránt" 0" és" 1"

A kvantumkommunikáció nagy hatékonysággal és abszolút biztonsággal rendelkezik, és jelenleg a nemzetközi kvantumfizika és információs tudomány kutatási pontja. A kvantumkommunikáció eredete nyomon követéséhez Einstein&# 39" ghost" ;, kvantum összekapcsolódásának bizonyítékait kell kezdenünk.

Mivel az emberek szkeptikusak voltak az összegabalyodott részecskék kölcsönhatásában, a fizikusok évtizedek óta megpróbálják ellenőrizni, hogy ez a varázslatos tulajdonság igaz-e.

1982-ben, Alain Aspect francia fizikus és csapata sikeresen befejezte egy kísérletet, amely megerősítette a" jelenségének fennállását; kvantumbeillesztés" mikroszkopikus részecskék. Ez a következtetés Nagyon befolyásolja a nyugati tudomány általános világképét. Mivel Descartes, Galileo és Newton, a nyugati tudományos közösség mainstream gondolkodása szerint az univerzum alkotóelemei függetlenek egymástól, és a kölcsönhatásukat a tér és az idő korlátozza (vagyis lokalizált). A kvantum összefonódása megerősíti Einstein&# 39 szellem-kísérteties cselekvésének távolságon belüli létezését. Bizonyítja, hogy bármely két anyag között, függetlenül attól, hogy milyen messze vannak, befolyásolhatják egymást, és a négydimenziós téridő nem érinti őket. A kényszer nem lokális, és az univerzum mély belső kapcsolatokkal rendelkezik a világon.

A kvantumbeillesztési elmélet alapján CH Bennett amerikai tudós 1993-ban javaslatot tett a kvantumkommunikáció (Quantum Teleportation) koncepciójára. A kvantumkommunikáció olyan kommunikációs módszer, amely kvantumállapotokon keresztül hordozza az információkat. Az biztonságos kommunikációs folyamat megvalósításához az elemi részecskék, például a fotonok kvantum-összefonódásának elvét használja. A kvantumkommunikáció fogalmának bevezetése miatt Einstein'" kísérteties" -kvantum összefonódási haszna valóban kihasználja valódi erejét.

1993-ban, miután Bennett javasolta a kvantumkommunikáció fogalmát, a különféle országokból származó hat tudós a kvantumbeillesztés elmélete alapján klasszikus és kvantum módszerek alkalmazását javasolta a kvantum-teleportálás, azaz egy részecske ismeretlen kvantumának elérésére Az állam egy másik helyre kerül, és egy másik részecskét előkészítünk kvantumállapotba, és az eredeti részecske a helyén marad. Ez a kvantumkommunikáció eredeti alapvető sémája. A kvantum-teleportálás nem csak a fizika területén fontos, hogy az emberek megértsék és felfedjék a rejtélyes természetű törvényeket, hanem a kvantumállapotokat információhordozókként is felhasználhatják, hogy a nagy kapacitású információk továbbítását a kvantumállapotok továbbításával befejezzék a kvantum elérése érdekében. elvileg megmenthetetlen. Bizalmas kommunikáció.

1997-ben, Pan Jianwei, az ausztriai tanuló fiatal kínai tudós együttműködött Bomiister holland tudósokkal és másokkal, hogy először valósítsák meg az ismeretlen kvantumállapotok távoli továbbítását. Ez az első alkalom a világon, amikor egy kvantumállapotot sikeresen átvitték az A Föld fotonjáról a B Föld fotonjára. A kísérletben csak a" az állapot" A kvantuminformációt kifejezzük, és maga a foton, mint információhordozó, nem kerül továbbításra.

Több mint 20 éves fejlesztés után a kvantumkommunikáció fegyelem fokozatosan elmozdult az elmélettől a kísérlet és a gyakorlati fejlődés felé. A fő érintett területek a következők: kvantum-kriptográfiai kommunikáció, kvantum-távoli teleportálás és kvantum-sűrű kódolás.

A kvantum kommunikációs rendszereket két kategóriába soroljuk annak alapján, hogy az általuk továbbított információ klasszikus vagy kvantum. Az előbbieket elsősorban a kvantumkulcsok továbbítására használják, míg az utóbbi a kvantum-teleportáció és a kvantum-összefonódás terjesztésére használható. Az úgynevezett láthatatlan átvitel egyfajta GG-kvóta; teljes GG-áramat; az igazi dologtól elválasztott információátvitel. A fizika szempontjából a láthatatlan átvitel folyamatát az alábbiak szerint lehet elképzelni: először az eredeti információból kinyerje az összes információt, majd továbbítsa az információt a fogadó helyre, és a vevő kiválasztja ugyanazt az alapegységet, amely az eredeti az információkat, és elkészíti az eredeti tökéletes másolatát. A kvantummechanika bizonytalansági elve azonban nem teszi lehetővé az eredeti információ pontos kivonását, és ez a replika nem lehet tökéletes. Tehát hosszú ideje a teleportálás nem más, mint egy fantázia.

1993-ban a különböző országokból származó hat tudós egy olyan rendszert javasolt, amely klasszikus és kvantum módszereket alkalmaz a kvantum-teleportálás elérésére: a részecske felismerhetetlen kvantumállapotának áthelyezése egy másik helyre, és egy másik részecske előkészítése a kvantumállapotba, az eredeti részecskék a helyükön maradnak . Az alapötlet az, hogy az eredeti információt két részre kell osztani: a klasszikus információt és a kvantum információt, amelyeket a vevőnek a klasszikus csatornán, illetve a kvantum csatornán továbbítanak. A klasszikus információt a feladó az eredeti anyag bizonyos mértékének megmérésével kapja meg, a kvantuminformáció pedig annak az információnak a többi része, amelyet a feladó nem vett ki a mérés során; miután a vevő megszerezte ezt a kétféle információt, az eredeti kvantumállapot teljesen replikához készíthető. Ebben a folyamatban csak az eredeti anyag kvantumállapota kerül továbbításra, nem maga az eredeti anyag. A feladó semmit sem tudhat erről a kvantumállapotról, míg a fogadó más részecskéket az eredeti kvantumállapotba helyez.

Ebben a rendszerben az összefonódott államok nem lokalitása döntő szerepet játszik. A kvantummechanika nem lokális elmélet, amelyet a Bell&# 39 egyenlőtlenségét sértő kísérleti eredmények igazoltak. Ezért a kvantummechanika számos ellentétes intuitív hatást mutat. A kvantummechanikában két részecskeállapot készíthető úgy, hogy a közöttük fennálló kapcsolat klasszikusan nem magyarázható meg. Egy ilyen állapotot összefonódott állapotnak hívnak. A kvantum összefonódása két vagy több kvantumrendszer közötti kölcsönhatásra utal. Nem helyi nem-klasszikus asszociáció. A kvantum-teleportálás nem csak rendkívül fontos, hogy az emberek megértsék és felfedjék a rejtélyes természet törvényeit a fizika területén, hanem a kvantumállapotot mint információhordozót is felhasználhatják a nagy kapacitású információk kvantum-állapot továbbításával történő átviteléhez, ami elvileg megmenthetetlen. Kvantum bizalmas kommunikáció.

1997-ben Pan Jianwei, az Ausztriában tanulmányozó fiatal kínai tudós, valamint a Bomiister holland tudós, stb. Először működött együtt az ismeretlen kvantumállapotok távolsági átvitelén. Ez az első alkalom a világon, amikor egy kvantumállapotot sikeresen átvitték az A Föld fotonjáról a B Föld fotonjára. A kísérlet során csak a GG-kvóta kifejezése volt; kvantuminformáció, és maga a foton, mint információhordozó, nem került továbbításra. Pan Jianwei és munkatársai hamarosan új áttöréseket hajtottak végre a magas színvonalú kvantumba összefonódott állapotok tisztításának tanulmányozása során. A kvantumállapotok nagy távolságokon történő teleportálásához gyakran szükséges lehetővé tenni, hogy két távoli hely megosztja a legnagyobb kvantumállapotú állapotot előre. Ugyanakkor a különféle elkerülhetetlen környezeti zajok miatt a kvantumba beillesztett állapotok minősége egyre rosszabbá válik, amikor az átviteli távolság növekszik. Ezért a kvantumkommunikáció kutatásában jelenleg fontos kérdés, hogy miként tisztíthatjuk meg a magas színvonalú kvantumbe beletapadt állapotokat.

Számos nemzetközi kutatócsoport dolgozik ezen a témán, és elméleti megoldások sorozatát javasolta a kvantumba összekapcsolt állapotok tisztítására, ám egyikük sem érhető el a meglévő technológiával. Később Pan Jianwei és mások felfedezték a kvantumba szorult állapottisztítás elméleti megoldását, amely a meglévő technológia alkalmazásával kísérletileg megvalósítható, és elvben megoldotta manapság a távolsági kvantumkommunikáció alapvető problémáját. Ezt a kutatási eredményt a nemzetközi tudományos közösség nagyra értékelte, és"nak hívják; ugrás a távolsági kvantumkommunikáció kutatásának" ;.