Kvantna komunikacija

razvojnega procesa

ChBennett je leta 1993 predstavil koncept kvantne komunikacije; v istem letu je 6 znanstvenikov iz različnih držav predlagalo shemo za uresničitev kvantne teleportacije z združevanjem klasičnih in kvantnih metod: prenos neznanega kvantnega stanja delcev na drugega Na enem mestu je drug delec pripravljen na kvantno stanje, medtem ko prvotni delec ostane na mestu. Osnovna ideja je razdeliti izvirne informacije na dva dela: klasične informacije in kvantne informacije, ki se prenašajo na sprejemnik prek klasičnega kanala oziroma kvantnega kanala. Klasične informacije pridobi pošiljatelj, ki izvaja nekakšno meritev na prvotni snovi, kvantne informacije pa so ostale informacije, ki jih pošiljatelj med merjenjem ni izvlekl; sprejemnik lahko pripravi izvirno kvantno stanje po pridobitvi teh dveh vrst informacij v celoti reproducirati. V tem procesu se prenaša samo kvantno stanje prvotne snovi, ne pa samo prvotna snov sama. Pošiljatelj ne more niti vedeti ničesar o tem kvantnem stanju, medtem ko prejemnik postavlja druge delce v kvantno stanje prvotne snovi. V tej shemi ima nesodelujoča država izredno pomembno vlogo. Kvantna teleportacija ni pomembna le na področju fizike za ljudi, da razumejo in razkrivajo skrivnostne zakone narave, ampak lahko uporabite tudi kvantno stanje kot nosilec informacij za dokončanje prenosa informacij velikih zmogljivosti s prenosom kvantnega stanja, doseganje načeloma nerazpoznavne Quantum zaupno komunikacijo.

Leta 1997 je Pan Jianwei, mladi kitajski učenjak, ki študira v Avstriji, sodeloval z nizozemskim učenjakom Bomiisterjem in drugimi, da bi prvič spoznal oddaljeni prenos neznanih kvantnih stanj. To je prvič na svetu, da je kvantno stanje uspešno preneseno iz fotona na Zemlji A na foton na Zemlji B. V poskusu je izraženo samo "stanje" kvantnih informacij, foton pa kot informacijski nosilec se ne prenaša.

Leta 2012 so kitajski znanstvenik Pan Jianwei in drugi uspešno dosegli prvih 100 kilometrov kvantne teleportacije prostega prostora in distribucije zapletanja na svetu, pri tem pa so postavili tehnične temelje za začetek prvega "kvantnega komunikacijskega satelita". Mednarodna avtoritativna akademska revija "Narava" revija se je osredotočila na ta dosežek 9. "Uspešen prenos 100 kilometrov na tleh z visoko izgubo pomeni, da lahko razdalja prenosa v prostoru z nizko izgubo doseže več kot 1000 kilometrov, v bistvu reševanje problema prenosa kvantnih komunikacijskih satelitov na dolge razdalje." Član raziskovalne skupine Peng Chengzhi je dejal, da Quantum preboj v jedro tehnologije komunikacijskih satelitov kaže tudi, da je tehnično izvedljivo zgraditi globalno kvantno komunikacijsko omrežje v prihodnosti. 9. avgusta se je mednarodna avtoritativna akademska revija "Narava" osredotočila na ta dosežek, ki predstavlja njeno splošno priznanje v mednarodni akademski skupnosti. "Narava" revija je dejal, da je "obetavna, da postane mejnik na dolge razdalje kvantne komunikacije", "v smeri globalnega kvantnega omrežja", evropsko fizično družbo spletni strani, Združene države Amerike "Science News" revije in drugih posebnih poročil.

Temeljna vsebina

Tako imenovana kvantna komunikacija se nanaša na novo vrsto komunikacijske metode, ki za prenos informacij uporablja učinek kvantne prepletenosti. Gre za nov interdisciplinarni razvoj, razvit v zadnjih dveh desetletjih, in novo raziskovalno področje, ki združuje kvantno teorijo in informacijsko teorijo.

Optična kvantna komunikacija temelji predvsem na teoriji kvantnih prepletenih stanj, pri tem pa uporablja kvantno teleportacijo (prenos) za dosego prenosa informacij. Po poskusnem preverjanju, ne glede na to, kako daleč narazen sta dva delca z prepletenimi stanji, dokler se ena spremeni, se bo tudi druga takoj spremenila. Postopek uporabe te funkcije za uresničitev optične kvantne komunikacije je naslednji: par delcev z prepletenimi stanji je izdelan vnaprej. Dva delca se postavita na obe strani komunikacije, delci z neznanim kvantnim stanjem in pošiljateljevi delci se merijo skupaj (operacija), delci sprejemnika pa se v trenutku sesujejo (sprememba) in kolaps (sprememba) je v določenem stanju. To stanje je simetrično s stanjem delcev pošiljatelja po kolapsu (sprememba), nato pa se skupne informacije o merjenju prenesejo na sprejemnik prek klasičnega kanala, sprejemnik pa izvede enotno pretvorbo na kolapsnih delcev glede na prejete informacije (enakovredno inverzni transformaciji), lahko dobite enako neznano kvantno stanje kot pošiljatelj.

V primerjavi z optično kvantno komunikacijo klasične komunikacije ni mogoče primerjati z njeno varnostjo in učinkovitostjo. Varnost-Kvantna komunikacija ne bo nikoli "pušča". Ključ do kvantnega šifriranja je naključen. Tudi če ga prestreže ukradena oseba, pravega ključa ni mogoče pridobiti, zato informacij ni mogoče razpokati. Dva delca z prepletenimi stanji v eni roki, kvantno stanje ene od sprememb delcev, kvantno stanje druge strani se bo takoj spremenilo, in v skladu s kvantno teorijo, bo vsako makroskopsko opazovanje in motnje takoj spremenilo kvantno stanje, kar bo povzročilo, da se je zrušilo, tako da so bile informacije, ki so jih dobili stealers zaradi motenj, uničene, ne pa izvirne informacije. Učinkovito, neznano kvantno stanje, ki se prenaša, bo v prepletenem stanju, preden se meri, to pomeni, da hkrati predstavlja več stanj, na primer, kvantno stanje lahko hkrati predstavlja dve številki 0 in 1, 7 takšnih kvantnih stanj lahko hkrati predstavlja status 128 ali 128 števk: 0 ~127. Tak prenos optične kvantne komunikacije je enakovreden 128-kratni metodi klasične komunikacije. Možno je, da če je pasovna širina prenosa 64 bitov ali več, potem bo razlika v učinkovitosti osupljiva moč od 2 do N in višja.

Tukaj je še ena razlaga kvantne prepletenosti. Kvantna prepletenost je mogoče razumeti z "Mačka Schrodinger's": ko si dal mačko v škatlo, ki vsebuje strup, in nato zajema polje, čez nekaj časa, vprašati, če je mačka mrtva ali živ? Kvantni odgovor na fiziko je: je mrtev in živ. Nekateri bodo rekli, da ne veš, če odpreš škatlo in jo pogledaš. Ja, boste vedeli, če je mačka mrtva ali živa, ko odprete polje, vendar glede na razlago kvantne fizike: to mrtvo ali živo stanje je posledica opazovanja ljudi, to je, človekove makro motnje, da mačke mrtve ali mrtve, ne prave stanje, ko je polje pokrito. Podobno, mikroskopski delci so bili v "mrtvih" in "živi" stanja, preden so "moten" Lahko rečemo, da je tako "0" in "1".

Kvantna komunikacija ima značilnosti visoke učinkovitosti in absolutne varnosti, in je raziskovalna žarišče mednarodne kvantne fizike in informacijske znanosti v tem trenutku. Da bi izsledili izvor kvantne komunikacije, moramo začeti z dokazi Einsteinovega "duha", kvantne prepletenosti.

Ker so bili ljudje skeptični glede interakcije med prepletenimi delci, fiziki že desetletja poskušajo preveriti, ali ta čarobna lastnost velja.

Leta 1982 so francoski fizik Alain Aspect in njegova ekipa uspešno zaključili poskus, ki je potrdil pojav "kvantne prepletenosti" mikroskopskih delcev. Ta sklep Ima velik vpliv na mainstream worldview zahodne znanosti. Ker Descartes, Galileo, in Newton, mainstream razmišljanje zahodne znanstvene skupnosti meni, da so komponente vesolja neodvisno drug od drugega, in interakcija med njimi je omejena s prostorom in časom (to je, lokalizirana). Kvantna prepletenost potrjuje obstoj Einsteinove srhljive akcije na daljavo. Dokazuje, da lahko med dvema snovema, ne glede na to, kako daleč, vplivata drug na drugega in nanje ne vpliva štiridimenzionalni prostor-čas. Omejitev je nelokalna in vesolje ima globoke notranje povezave na svetu.

Na podlagi teorije kvantne prepletenosti je leta 1993 ameriški znanstvenik C.H. Bennett predlagal koncept kvantne komunikacije (Kvantna teleportacija). Kvantna komunikacija je komunikacijska metoda, ki prenaša informacije po kvantnih stanjih. Za izvajanje varnega komunikacijskega procesa uporablja načelo kvantne prepletenosti osnovnih delcev, kot so fotoni. Uvedba koncepta kvantne komunikacije je Einsteinova "Sablastan" -kvantne zapletanje korist začeli resnično uveljavljati svojo pravo moč.

Leta 1993, ko je Bennett predlagal koncept kvantne komunikacije, je šest znanstvenikov iz različnih držav, ki temeljijo na teoriji kvantne prepletenosti, predlagalo uporabo klasičnih in kvantnih metod za doseganje kvantne teleportacije, to je neznanega kvantnega delca Stanje se prenese na drugo mesto, drugi delec pa je pripravljen v kvantno stanje, prvotni delec pa ostane na mestu. To je prvotna osnovna shema kvantne komunikacije. Kvantna teleportacija ni pomembna le na področju fizike za ljudi, da razumejo in razkrivajo skrivnostne zakone narave, ampak lahko uporabite tudi kvantne države kot nosilci informacij za dokončanje prenosa informacij velikih zmogljivosti s prenosom kvantnih stanj, da bi načeloma dosegli kvantno neodčljivo. Zaupno sporočilo.

Leta 1997 je kitajski mladi učenjak Pan Jianwei, ki je študiral v Avstriji, sodeloval z nizozemskim učenjakom Bomiisterja in drugimi, da bi prvič spoznal oddaljeni prenos neznanih kvantnih stanj. To je prvič na svetu, da je kvantno stanje uspešno preneseno iz fotona na Zemlji A na foton na Zemlji B. V poskusu je izraženo samo "stanje" kvantnih informacij, foton pa kot nosilec informacij se ne prenaša.

Po več kot 20 letih razvoja se je disciplina kvantne komunikacije postopoma premaknila iz teorije v eksperiment in praktičen razvoj. Glavna področja vključujejo: kvantno kriptografsko komunikacijo, kvantno daljinsko teleportacijo in kvantno gosto kodiranje.

Kvantni komunikacijski sistemi so razdeljeni v dve kategoriji glede na to, ali so informacije, ki jih prenašajo, klasične ali kvantne. Prvi se uporablja predvsem za prenos kvantnih ključev, medtem ko se slednji lahko uporabljajo za porazdelitev kvantne teleportacije in kvantne prepletenosti. Tako imenovani nevidni prenos se nanaša na neke vrste "popoln" prenos informacij, ki je ločen od prave stvari. Z vidika fizike si lahko proces nevidnega prenosa predstavljamo na naslednji način: najprej izvlečete vse informacije izvirnika in nato posredujete informacije na sprejemno mesto, sprejemnik pa izbere isto osnovno enoto, ki predstavlja izvirnik, ki temelji na informacijah, in izdeluje popolno kopijo izvirnika. Vendar načelo negotovosti kvantne mehanike ne omogoča natančnega pridobivanja vseh informacij izvirnika in ta replika ne more biti popolna. Torej, za dolgo časa, teleportacija ni bilo nič drugega kot fantazija.

Leta 1993 je šest znanstvenikov iz različnih držav predlagalo shemo, ki uporablja klasične in kvantne metode za doseganje kvantne teleportacije: za prenos neprepoznanega kvantnega stanja delca na drugo mesto in priprava drugega delca na kvantno stanje, prvotni delci ostanejo na mestu. Osnovna ideja je razdeliti izvirne informacije na dva dela: klasične informacije in kvantne informacije, ki se prenašajo na sprejemnik prek klasičnega kanala oziroma kvantnega kanala. Pošiljatelj pridobi klasične informacije, pri čemer se pridobijo določene meritve prvotne snovi, kvantne informacije pa so ostale informacije, ki jih pošiljatelj ni pridobil pri meritvi; ko sprejemnik pridobi ti dve vrsti informacij, se lahko prvotno kvantno stanje pripravi popolnoma replika. V tem procesu se prenaša samo kvantno stanje prvotne snovi, ne pa samo prvotna snov sama. Pošiljatelj ne more niti vedeti ničesar o tem kvantnem stanju, medtem ko prejemnik postavlja druge delce v prvotnem kvantnem stanju.

V tej shemi ima neobmetna narava prepletenih držav ključno vlogo. Kvantna mehanika je neakov lokalna teorija, ki je bila potrjena z eksperimentalnimi rezultati, ki kršijo Bellovo neenakost. Zato kvantna mehanika kaže številne protiutuitvne učinke. V kvantni mehaniki se lahko pripravita dve stanji delcev tako, da razmerja med njima ni mogoče klasično razložiti. Takšna država se imenuje prepletena država. Kvantna prepletenost se nanaša na interakcijo med dvema ali več kvantnimi sistemi Ne-lokalna neksicična povezava. Kvantna teleportacija ni le zelo pomembna za ljudi, da razumejo in razkrivajo skrivnostne zakone narave na področju fizike, ampak lahko uporabite tudi kvantno stanje kot informacijski nosilec za uresničitev prenosa informacij o velikih zmogljivostih s prenosom kvantnega stanja, ki je načeloma neodčljivo. Kvantna zaupna komunikacija.

Leta 1997 je Pan Jianwei, mladi kitajski učenjak, ki študira v Avstriji, in nizozemski učenjak Bomiister, itd, sodelovala prvič za uresničitev prenosa neznanih kvantnih stanj na dolge razdalje. To je prvič na svetu, da je kvantno stanje uspešno preneseno iz fotona na Zemlji A na foton na Zemlji B. Kaj je bilo posredovano v poskusu je bil samo za izražanje "stanje" kvantnih informacij, in foton sam kot informacijski prevoznik ni bil posredovan. Kmalu, Pan Jianwei in njegovi sodelavci so se novi preboji v študiji o tem, kako očistiti visoko kakovostnih kvantnih zapletla države. Za teleportacijo kvantnih stanj na dolge razdalje je pogosto treba omogočiti dve oddaljeni mesti, da si vnaprej delita največje kvantno prepleteno stanje. Vendar pa se bo zaradi različnih neizogibnih okoljskih zvokov kakovost kvantnih prepletenih stanj poslabšala in poslabšala, ko se bo razdalja prenosa povečala. Zato, kako očistiti visoko kakovostnih kvantnih prepletenih stanj je pomembno vprašanje v kvantne raziskave komunikacije v tem trenutku.

Številne mednarodne raziskovalne skupine delajo na tej temi in so predlagale vrsto teoretičnih rešitev za čiščenje kvantnih prepletenih držav, vendar nobena od njih ni mogoče doseči z obstoječo tehnologijo. Kasneje so Pan Jianwei in drugi odkrili teoretično rešitev kvantnega prečiščevanja stanja, ki je eksperimentalno izvedljivo z uporabo obstoječe tehnologije, in načeloma rešili temeljni problem kvantne komunikacije na dolge razdalje danes. Ta raziskovalni dosežek je bila zelo ocenjena s strani mednarodne znanstvene skupnosti in se imenuje "preskok v kvantnih komunikacijskih raziskav na dolge razdalje".