Kvantna komunikacija

razvojni proces

U 1993 CHBennett je iznio koncept kvantne komunikacije; iste godine 6 znanstvenici iz različitih zemalja predložili su shemu za realizaciju kvantne teleportacije kombinirajući klasične i kvantne metode: prenošenje nepoznatog kvantnog stanja čestice na drugo mjesto, priprema se druga čestica u kvantno stanje , dok originalna čestica ostaje na mjestu. Osnovna ideja je podijeliti izvorne informacije u dva dijela: klasične informacije i kvantne informacije, koje se prenose u prijamnik klasičnim kanalom, odnosno kvantnim kanalom. Klasične informacije dobiva pošiljalac koji vrši neku vrstu mjerenja na izvornoj tvari, a kvantna informacija je ostatak informacija koje pošiljatelj nije izvadio tijekom mjerenja; prijemnik može pripremiti izvorno kvantno stanje nakon dobivanja ove dvije vrste informacija u potpunosti reproduciranih. U tom se procesu prenosi samo kvantno stanje izvorne tvari, a ne i sama izvorna tvar. Pošiljalac čak ne može znati ništa o ovom kvantnom stanju, dok primatelj druge čestice stavlja u kvantno stanje izvorne materije. U toj shemi izuzetno je važna uloga nelokaliteta zapletenih država. Kvantna teleportacija nije bitna samo u području fizike kako bi ljudi razumjeli i otkrili tajanstvene zakone prirode, već također može koristiti kvantno stanje kao nosilac informacija za dovršavanje prijenosa podataka velikog kapaciteta prijenosom kvantnog stanja, postizanjem u principu nedvojbeno kvantna povjerljiva komunikacija.

U 1997 Pan Jianwei, mladi kineski učenjak koji studira u Austriji, surađivao je s nizozemskim učenjakom Bomiisterom i drugima kako bi prvi put ostvario daljinski prijenos nepoznatih kvantnih stanja. Ovo je prvi put na svijetu da se kvantno stanje uspješno prenosi s fotona u Zemlji A u fotona u Zemlji B. U eksperimentu je samo&"stanje GG"; kvantne informacije je izraženo, a sam foton kao nosač informacija se ne prenosi.

U 2012, kineski znanstvenik Pan Jianwei i drugi uspješno su postigli prvu 100 kilometrinu kvantne teleportacije i zapletenosti slobodnog prostora u svijetu, postavivši tehničku osnovu za pokretanje prvog svjetskog&kvantnog komunikacijskog satelita". Međunarodni autoritativni akademski časopis&"Nature GG"; časopis usredotočio na ovo dostignuće u kolovozu 9." Uspješan prijenos 100 kilometra na zemljištu sa velikim gubicima znači da udaljenost prijenosa u prostoru s malim gubicima može doseći više od 1, 000 kilometara, u osnovi rješavajući problem informacija na velike udaljenosti prijenos satelita kvantne komunikacije." Član istraživačkog tima Peng Chengzhi rekao je da kvantni proboj u temeljnu tehnologiju komunikacijskih satelita također pokazuje da je tehnički izvedivo u budućnosti izgraditi globalnu kvantnu komunikacijsku mrežu. {02}} u kolovozu, međunarodni autoritativni akademski časopis&"Nature GG"; usredotočio se na ovo postignuće, što predstavlja njegovo opće priznanje u međunarodnoj akademskoj zajednici.&"Priroda GG"; časopis je rekao da&"obećava postati prekretnica kvantne komunikacije na daljinu GG",&"prema globalnoj kvantnoj mreži GG", web mjesto Europskog fizičkog društva, Sjedinjene Države&"Science News" časopis i druga posebna izvješća.

Temeljni sadržaji

Takozvana kvantna komunikacija odnosi se na novu vrstu komunikacijske metode koja koristi efekt kvantnog zapletanja za prijenos informacija. Riječ je o novom interdisciplinarnom razvoju razvijenom u posljednja dva desetljeća i novom istraživačkom polju koji kombinira kvantnu teoriju i teoriju informacija.

Optička kvantna komunikacija uglavnom se temelji na teoriji kvantnih zapletenih stanja, koristeći kvantnu teleportaciju (prijenos) za postizanje prijenosa informacija. Prema eksperimentalnoj verifikaciji, bez obzira koliko su razdvojene dvije čestice s isprepletenim stanjima, sve dok se jedna promijeni, druga će se također odmah promijeniti. Proces korištenja ove značajke za ostvarivanje optičke kvantne komunikacije je sljedeći: par čestica sa zapetljanim stanjima se gradi unaprijed. Dvije čestice su smještene na dvije strane komunikacije, a čestice s nepoznatim kvantnim stanjem i pošiljateljem&# 39 čestice se zajedno mjere (operacija), a prijemnik&# {{0} }; s čestice se trenutačno kolabiraju (mijenjaju), a kolaps (promjena) je u određenom stanju. Ovo je stanje simetrično sa stanjem pošiljatelja&# 39 s čestica nakon kolapsa (promjene), a zatim se informacije zajedničkog mjerenja prenose na prijemnik kroz klasični kanal, a prijemnik vrši jedinstvenu transformaciju na srušene čestice prema primljenim informacijama (ekvivalentno In inverznoj transformaciji), možete dobiti isto nepoznato kvantno stanje kao i pošiljatelj.

U usporedbi s optičkom kvantnom komunikacijom, klasična komunikacija ne može se uporediti sa njenom sigurnošću i učinkovitošću. Sigurnosno-kvantna komunikacija nikada neće&"procuriti GG". Ključ kvantne enkripcije je nasumičan. Čak i ako ga ukrade ukradena osoba, ne može se dobiti točan ključ, pa se informacije ne mogu probiti. Dvije čestice s upletenim stanjima u jednoj&# {{}}} ruci, kvantno stanje jedne od čestica se mijenja, kvantno stanje druge strane odmah će se promijeniti, a prema kvantnoj teoriji, svako makroskopsko opažanje i interferencija odmah će promijeniti kvantno stanje, uzrokujući ga srušenim, tako da su informacije koje su prikrali dileri zbog smetnji uništeni, a ne izvorni podaci. Učinkovito, nepoznato kvantno stanje koje se prenosi bit će u zapetljanom stanju prije mjerenja, to jest, predstavlja više stanja istovremeno, na primjer, kvantno stanje može predstavljati dva broja 0 i 1 na u isto vrijeme, 7 takva kvantna stanja mogu istovremeno predstavljati 128 Status ili 128 znamenke: 0 ~ 127. Takav prijenos optičke kvantne komunikacije jednak je 128 vremenima klasične metode komunikacije. Moguće je da ako je širina opsega prijenosa 64 bita ili veća, tada će razlika u učinkovitosti biti zapanjujuća snaga od 2 do N i veća.

Evo daljnjeg objašnjenja kvantnog zapletanja. Kvantno zapletenost se može razumjeti s&"Schrodinger' mačka" ;: kada stavite mačku u kutiju koja sadrži otrov, a zatim poklopite kutiju, nakon nekog vremena pitajte je li mačka živ ili mrtav? Kvantni odgovor fizike je: i mrtav je i živ. Neki će ljudi reći da ne znate otvarate li kutiju i pogledate je. Da, znat ćete je li mačka mrtva ili živa kad otvorite kutiju, ali prema tumačenju kvantne fizike: ovo mrtvo ili živo stanje rezultat je ljudskog promatranja, odnosno Ljudski makro poremećaji čine mačke mrtvim ili živim , a ne pravo stanje kad je okvir pokriven. Slično tome, mikroskopske čestice su bile u&"mrtvi GG"; i&"živi GG"; stanja prije nego što je&"poremećen GG"; Može se reći da je to i&"0 GG"; i" 1 " ;.

Kvantna komunikacija ima karakteristike visoke učinkovitosti i apsolutne sigurnosti, a trenutno je točka istraživanja međunarodne kvantne fizike i informacijskih znanosti. Da bismo pronašli porijeklo kvantne komunikacije, moramo započeti s dokazima Einsteina' s&"ghost GG", kvantnog zapletanja.

Budući da su ljudi bili skeptični u interakciji između zapletenih čestica, fizičari već desetljećima pokušavaju provjeriti je li to čarobno svojstvo istinito.

U 1982, francuski fizičar Alain Aspect i njegov tim uspješno su završili eksperiment koji je potvrdio postojanje fenomena&"kvantno zapletanje GG"; mikroskopskih čestica. Ovaj zaključak ima veliki utjecaj na svjetski svjetonazor zapadne znanosti. Budući da su Descartes, Galileo i Newton, glavno mišljenje zapadne znanstvene zajednice smatrali da su komponente svemira međusobno neovisne, a međusobna interakcija ograničena je prostorom i vremenom (tj. Lokalizirana). Kvantno zapletenost potvrđuje postojanje Einstein&# 39 sablasno djelotvornog djelovanja u daljini. Dokazuje da između svake dvije tvari, ma koliko udaljene, mogu djelovati jedna na drugu i da na njih ne utječu četverodimenzionalni prostor-vrijeme. Ograničenje je nelokalno, a svemir ima duboke unutarnje veze u svijetu.

Na temelju teorije kvantnog ometanja, u 1993 američki znanstvenik CH Bennett predložio je koncept kvantne komunikacije (kvantna teleportacija). Kvantna komunikacija je metoda komunikacije koja prenosi informacije kvantnim stanjima. Koristi princip kvantnog zapletanja elementarnih čestica poput fotona da bi implementirao siguran postupak komunikacije. Uvođenje koncepta kvantne komunikacije učinilo je da Einstein' s&"sablasno GG" -kvantalno upletanje koristi stvarno počinje isticati svoju pravu snagu.

U 1993, nakon što je Bennett predložio koncept kvantne komunikacije, šest znanstvenika iz različitih zemalja, na temelju teorije kvantnog zapletanja, predložilo je upotrebu klasičnih i kvantnih metoda za postizanje kvantne teleportacije, to jest nepoznatog kvantnog čestica Stanje se prenosi na drugo mjesto, a druga se čestica priprema u kvantno stanje, a izvorna čestica ostaje na svom mjestu. Ovo je izvorna osnovna shema kvantne komunikacije. Kvantna teleportacija nije bitna samo u području fizike kako bi ljudi shvatili i otkrili tajanstvene zakone prirode, već također može koristiti kvantna stanja kao nosioce informacija za dovršavanje prijenosa podataka velikog kapaciteta putem prijenosa kvantnih stanja kako bi se postiglo kvantno u principu neraskidiva. Povjerljiva komunikacija.

U 1997, kineski mladi učenjak Pan Jianwei, koji je studirao u Austriji, surađivao je s nizozemskim učenjakom Bomiisterom i drugima kako bi prvi put realizirao daljinski prijenos nepoznatih kvantnih stanja. Ovo je prvi put na svijetu da se kvantno stanje uspješno prenosi s fotona u Zemlji A u fotona u Zemlji B. U eksperimentu je samo&"stanje GG"; kvantne informacije je izraženo, a sam foton kao nosač informacija se ne prenosi.

Nakon više od 20 godina razvoja, disciplina kvantne komunikacije postupno je prešla iz teorije u eksperiment i praktični razvoj. Glavna uključena polja uključuju: kvantnu kriptografsku komunikaciju, kvantnu daljinsku teleportaciju i kvantno gosto kodiranje.

Kvantni komunikacijski sustavi podijeljeni su u dvije kategorije ovisno jesu li informacije koje prenose klasične ili kvantne. Prvi se uglavnom koristi za prijenos kvantnih ključeva, dok se drugi mogu koristiti za distribuciju kvantne teleportacije i kvantnog zapletanja. Takozvani nevidljivi prijenos odnosi se na neku vrstu&"potpuni GG"; prijenos informacija koji je odvojen od stvarne stvari. Iz fizičke perspektive, proces nevidljivog prijenosa može se zamisliti na sljedeći način: najprije izvadi sve podatke originala, a zatim prenese informacije na mjesto prijema, a primatelj odabire istu osnovnu jedinicu koja čini izvornik na temelju informacija i izrađuje savršenu kopiju originala. Međutim, princip neizvjesnosti kvantne mehanike ne dopušta točno vađenje svih informacija originala i ta replika ne može biti savršena. Dakle, teleportacija dugo vremena nije bila ništa drugo nego maštarija.

U 1993 je šest znanstvenika iz različitih zemalja predložilo shemu koja koristi klasične i kvantne metode za postizanje kvantne teleportacije: prenijeti nepriznato kvantno stanje čestice na drugo mjesto i pripremiti drugu česticu na stanje kvantnog stanja, izvorno čestice ostaju na svom mjestu. Osnovna ideja je podijeliti izvorne informacije u dva dijela: klasične informacije i kvantne informacije, koje se prenose u prijamnik klasičnim kanalom, odnosno kvantnim kanalom. Klasične informacije dobiva pošiljalac koji uzima određeno mjerenje izvorne tvari, a kvantna informacija je ostatak informacija koje pošiljatelj nije izvadio tijekom mjerenja; nakon što primatelj stekne ove dvije vrste informacija, izvorno kvantno stanje može se pripremiti u potpunosti replike. U tom se procesu prenosi samo kvantno stanje izvorne tvari, a ne i sama izvorna tvar. Pošiljalac čak ne može znati ništa o ovom kvantnom stanju, dok primatelj druge čestice stavlja u izvorno kvantno stanje.

U toj shemi presudnu ulogu igra nelokalnost zapletenih država. Kvantna mehanika je ne lokalna teorija, što su potvrdili eksperimentalni rezultati koji krše Bell&# 39 s nejednakost. Stoga kvantna mehanika pokazuje brojne kontraintuitivne učinke. U kvantnoj mehanici dva stanja čestica mogu se pripremiti na takav način da se odnos između njih ne može klasično objasniti. Takvo se stanje naziva zapetljano stanje. Kvantno zapletenost odnosi se na interakciju dvaju ili više kvantnih sustava Neskladično neklasično povezivanje. Kvantna teleportacija nije samo izuzetno važna da ljudi shvate i otkriju zagonetne prirodne zakone u području fizike, već mogu koristiti i kvantno stanje kao nosač informacija kako bi ostvarili prijenos podataka velikog kapaciteta putem prijenosa kvantnog stanja, što je u principu neraskidivo. Kvantna povjerljiva komunikacija.

U 1997 Pan Jianwei, mladi kineski učenjak koji studira u Austriji, i nizozemski učenjak Bomiister, itd., Prvi put su surađivali na realizaciji prijenosa nepoznatih kvantnih stanja na velike daljine. Ovo je prvi put na svijetu da se kvantno stanje uspješno prenosi s fotona u Zemlji A u fotona na Zemlji B. Ono što je preneseno u eksperimentu bilo je samo da se izrazi&"stanje GG"; kvantne informacije, a sam foton kao nosač informacija nije prenošen. Ubrzo su Pan Jianwei i njegovi suradnici napravili nove pomake u istraživanju načina pročišćavanja visokokvalitetnih kvantnih zapletenih stanja. Za teleportaciju kvantnih stanja na velikim udaljenostima često je potrebno dopustiti da dva udaljena mjesta unaprijed dijele najveće kvantno zapleteno stanje. Međutim, zbog različitih neizbježnih šumova iz okoliša, kvaliteta kvantno zapletenih stanja postat će sve lošija i lošija kako se prijenosni put povećava. Stoga je, kako očistiti visokokvalitetna kvantno zapletena stanja, u ovom trenutku važno pitanje u istraživanju kvantne komunikacije.

Mnoge međunarodne istraživačke skupine rade na ovoj temi i predložile su niz teorijskih rješenja za pročišćavanje kvantno zapletenih stanja, ali nijedno se od njih ne može postići postojećom tehnologijom. Kasnije, Pan Jianwei i drugi otkrili su teorijsko rješenje pročišćavanja kvantnog stanja u kvantnom stanju, koje je eksperimentalno izvedivo pomoću postojeće tehnologije, te su u principu riješili temeljni problem kvantne komunikacije na velike daljine u današnje vrijeme. Ovo je znanstveno dostignuće visoko ocijenila međunarodna znanstvena zajednica i nazvano je&"skokom u istraživanju kvantne komunikacije na daljinu GG".