Квантова комуникация

процес на развитие

През 1993 г. CHBennett предлага концепцията за квантова комуникация; през същата година 6 учени от различни страни предложиха схема за реализиране на квантовата телепортация чрез комбиниране на класически и квантови методи: прехвърляне на неизвестното квантово състояние на частица на друго На едно място друга частица е подготвена в квантовото състояние, докато оригиналната частицата остава на мястото си. Основната идея е да се раздели оригиналната информация на две части: класическа информация и квантова информация, които се предават на приемника съответно чрез класическия канал и квантовия канал. Класическата информация се получава от подателя, извършващ някакъв вид измерване на първоначалното вещество, а квантовата информация е останалата част от информацията, която изпращачът не е извлякъл по време на измерването; приемникът може да подготви оригиналното квантово състояние, след като получи тези два вида информация, напълно възпроизведена. В този процес се предава само квантовото състояние на оригиналното вещество, а не самото оригинално вещество. Подателят дори не може да знае нищо за това квантово състояние, докато приемникът поставя други частици в квантовото състояние на първоначалната материя. В тази схема неместността на заплетените държави играе изключително важна роля. Квантовата телепортация е важна не само в областта на физиката, за да могат хората да разберат и разкрият мистериозните закони на природата, но също така могат да използват квантовото състояние като носител на информация, за да завършат предаването на информация с голям капацитет чрез предаването на квантовото състояние, постигайки по принцип неразбираема Квантова конфиденциална комуникация.

През 1997 г. Пан Джанвей, млад китайски учен, който учи в Австрия, си сътрудничи с холандския учен Бомистер и други, за да реализира за първи път дистанционното предаване на неизвестни квантови състояния. Това е първият път в света, че квантовото състояние е успешно прехвърлено от фотон в Земя А в фотон в Земя Б. В експеримента само" състояние" от квантовата информация се изразява, а самият фотон като носител на информация не се предава.

През 2012 г. китайският учен Пан Джианвей и други успешно постигнаха първите 100 километра квантово телепортиране и заплитане на свободно пространство в света, поставяйки техническата основа за пускането на първия в света" квантов комуникационен сателит" ;. Международното авторитетно академично списание&"Nature GG"; списание се съсредоточи върху това постижение на 9 август.&„Успешното предаване на 100 километра на терена с големи загуби означава, че разстоянието на предаване в пространството с ниски загуби може да достигне повече от 1000 километра, като по същество решава проблема с предаването на информация на дълги разстояния на квантовите комуникационни спътници." Членът на изследователския екип Пен Ченджи каза, че квантовият пробив в основната технология на комуникационните спътници показва също, че е технически осъществимо да се изгради глобална квантова комуникационна мрежа в бъдеще. На 9 август международното авторитетно академично списание" Nature" се фокусира върху това постижение, представяйки неговото общо признание в международната академична общност." Природа" списание каза, че&"обещава да се превърне в крайъгълен камък на квантовата комуникация на дълги разстояния GG";&"към глобална квантова мрежа GG"; уебсайта на Европейското физическо общество, Съединените щати&"Science News&" списание и други специални доклади.

Основно съдържание

Така наречената квантова комуникация се отнася до нов тип комуникационен метод, който използва ефекта на квантовото заплитане за предаване на информация. Това е ново интердисциплинарно развитие, разработено през последните две десетилетия и ново изследователско поле, съчетаващо квантовата теория и теорията на информацията.

Оптичната квантова комуникация се основава главно на теорията за квантово заплетени състояния, като се използва квантова телепортация (предаване) за постигане на трансфер на информация. Според експерименталната проверка, колкото и да са раздалечени две частици със заплетени състояния, докато едната се промени, другата също ще се промени мигновено. Процесът на използване на тази функция за реализиране на оптична квантова комуникация е както следва: двойка частици със заплетени състояния се конструират предварително. Двете частици са поставени от двете страни на комуникацията и частиците с неизвестно квантово състояние и частиците на изпращача&# 39 се измерват съвместно (операция), а частиците на приемника&# 39 мигновено се сриват (променят ), а сривът (промяната) е в определено състояние. Това състояние е симетрично на състоянието на частиците на подателя' след сгъване (промяна) и след това информацията за съвместно измерване се предава на приемника чрез класическия канал и приемникът извършва унитарно преобразуване на сгънатите частици съгласно получената информация (еквивалентна на При обратното преобразуване), можете да получите същото неизвестно квантово състояние като подателя.

В сравнение с оптичната квантова комуникация, класическата комуникация не може да се сравни с нейната сигурност и ефективност. Сигурно-квантовата комуникация никога няма да&"изтича GG". Ключът към квантовото криптиране е случаен. Дори и да бъде прихванат от откраднат човек, не може да се получи правилния ключ, така че информацията не може да бъде пропукана. Две частици със заплетени състояния в едната ръка на&# 39, квантовото състояние на една от частиците се променя, квантовото състояние на другата страна ще се промени веднага и според квантовата теория всяко макроскопско наблюдение и интерференция незабавно ще промени квантово състояние, причинявайки го Срут, така че информацията, получена от крадците поради намесата, е унищожена, а не оригиналната информация. Ефективно, неизвестното квантово състояние, което се предава, ще бъде в заплетено състояние, преди да бъде измерено, тоест представлява множество състояния едновременно, например квантово състояние може да представлява едновременно две числа 0 и 1, 7 такива квантови състояния могат да представляват 128 едновременно Състояние или 128 цифри: 0 ~ 127. Такова предаване на оптична квантова комуникация е еквивалентно на 128 пъти от класическия комуникационен метод. Възможно е да се каже, че ако честотната лента на предаването е 64 бита или по-висока, тогава разликата в ефективността ще бъде удивителна мощност от 2 до N и повече.

Ето допълнително обяснение на квантовото заплитане. Квантовото заплитане може да се разбере с&"; Schrodinger' s cat"": когато поставите котка в кутия, съдържаща отрова, и след това покриете кутията, след известно време попитайте котката е мъртва или жива? Quantum Отговорът на физиката е: тя е и мъртва, и жива. Някои хора ще кажат, че не знаете дали отворите кутията и я погледнете. Да, ще разберете дали котката е мъртва или жива, когато отворите кутията, но според тълкуването на квантовата физика: това мъртво или живо състояние е резултат от човешко наблюдение, тоест Човешките макро смущения правят котките мъртви или живи , а не истинското състояние, когато полето е покрито. По подобен начин микроскопичните частици са били в&"мъртъв GG"; и" живо" състояния, преди да бъде&"нарушен GG"; Може да се каже, че това е едновременно&"0 GG"; и&"1 GG".

Квантовата комуникация има характеристиките на висока ефективност и абсолютна сигурност и това е изследователската точка на международната квантова физика и информационната наука в този момент. За да проследим произхода на квантовата комуникация, трябва да започнем с доказателствата на Айнщайн' s&"ghost GG", квантово заплитане.

Тъй като хората са скептично настроени към взаимодействието между заплетени частици, физиците се опитват да проверят дали това магическо свойство е вярно от десетилетия.

През 1982 г. френският физик Ален Аспект и неговият екип успешно завършват експеримент, който потвърждава съществуването на феномена на&"квантово заплитане GG"; на микроскопични частици. Това заключение има голямо влияние върху основния мироглед на западната наука. Тъй като Декарт, Галилео и Нютон, основното мислене на западната научна общност смята, че компонентите на Вселената са независими един от друг и взаимодействието между тях е ограничено от пространството и времето (тоест локализирано). Квантовото заплитане потвърждава съществуването на призрачно-призрачно действие на Айнщайн' Това доказва, че между всякакви две вещества, независимо колко далече, те могат да повлияят едно на друго и да не са засегнати от четириизмерното пространство-време. Ограничението е нелокално и Вселената има дълбоки вътрешни връзки в света.

На основата на квантовата теория на заплитане през 1993 г. американският учен CH Bennett предлага концепцията за квантовата комуникация (Quantum Teleportation). Квантовата комуникация е комуникационен метод, който носи информация от квантови състояния. Той използва принципа на квантово заплитане на елементарни частици като фотони, за да реализира сигурен комуникационен процес. Въвеждането на концепцията за квантовата комуникация накара Айнщайн&№ 39; s&"призрачен GG" -квантна полза за заплитане започва наистина да упражнява истинската си сила.

През 1993 г., след като Бенет предложи концепцията за квантовата комуникация, шестима учени от различни страни въз основа на теорията за квантовото сплетение предложиха използването на класически и квантови методи за постигане на квантова телепортация, тоест неизвестния квант на частица Държавата се прехвърля на друго място и друга частица се подготвя до квантовото състояние и оригиналната частица остава на място. Това е първоначалната основна схема на квантовата комуникация. Квантовата телепортация е важна не само в областта на физиката, за да разберат хората и разкрият мистериозните закони на природата, но също така може да използва квантовите състояния като носители на информация, за да завърши предаването на информация с голям капацитет чрез предаване на квантови състояния за постигане на квантово неразборчиво по принцип. Поверителна комуникация.

През 1997 г. китайският млад учен Пан Джанвей, който учи в Австрия, си сътрудничи с холандския учен Бомистер и други, за да реализира за първи път дистанционното предаване на неизвестни квантови състояния. Това е първият път в света, че квантовото състояние е успешно прехвърлено от фотон в Земя А в фотон в Земя Б. В експеримента само" състояние" от квантовата информация се изразява, а самият фотон като носител на информация не се предава.

След повече от 20 години развитие, дисциплината на квантовата комуникация постепенно премина от теория към експеримент и практическо развитие. Основните полета включват: квантова комуникация с криптография, квантова дистанционна телепортация и квантово плътно кодиране.

Квантовите комуникационни системи са разделени на две категории според това дали информацията, която предават, е класическа или квантова. Първият се използва главно за предаване на квантови ключове, докато вторият може да се използва за разпространение на квантова телепортация и квантово заплитане. Така нареченото невидимо предаване се отнася до вид&"пълен GG"; предаване на информация, което е отделено от реалното. От гледна точка на физиката, процесът на невидимото предаване може да се представи по следния начин: първо се извлича цялата информация от оригинала и след това се предава информацията на приемащото място и приемникът избира същата основна единица, която съставлява оригинала въз основа на информацията и произвежда перфектна реплика на оригинала. Принципът на несигурност на квантовата механика обаче не позволява точно извличане на цялата информация от оригинала и тази реплика не може да бъде перфектна. Така че дълго време телепортацията не беше нищо друго освен фантазия.

През 1993 г. шестима учени от различни страни предложиха схема, която използва класически и квантови методи за постигане на квантова телепортация: да прехвърли неразпознатото квантово състояние на частица на друго място и да подготви друга частица на Квантовото състояние, оригиналните частици остават на място . Основната идея е да се раздели оригиналната информация на две части: класическа информация и квантова информация, които се предават на приемника съответно чрез класическия канал и квантовия канал. Класическата информация се получава от подателя, който извършва определено измерване на първоначалното вещество, а квантовата информация е останалата част от информацията, която изпращачът не е извлекъл при измерването; след като получателят е получил тези два вида информация, първоначалното квантово състояние може да бъде подготвено напълно реплика. В този процес се предава само квантовото състояние на оригиналното вещество, а не самото оригинално вещество. Подателят дори не може да знае нищо за това квантово състояние, докато получателят поставя други частици в първоначалното квантово състояние.

В тази схема неместността на заплетени държави играе решаваща роля. Квантовата механика е нелокална теория, което е потвърдено от експериментални резултати, които нарушават неравенството на Bell' Следователно квантовата механика проявява много контраинтуитивни ефекти. В квантовата механика две състояния на частици могат да бъдат подготвени по такъв начин, че връзката между тях да не може да бъде класически обяснена. Такова състояние се нарича заплетено състояние. Квантовото заплитане се отнася до взаимодействието между две или повече квантови системи Нелокална некласическа асоциация. Квантовата телепортация е не само изключително важна за хората да разберат и разкрият мистериозните закони на природата в областта на физиката, но също така може да използва квантовото състояние като носител на информация, за да осъзнае предаването на информация с голям капацитет чрез предаване на квантово състояние, т.е. което по принцип е неразгадаемо. Квантова конфиденциална комуникация.

През 1997 г. Пан Джанвей, млад китайски учен, който учи в Австрия, и холандският учен Бомистер и др., Сътрудничат за първи път, за да реализират предаването на далечни разстояния от неизвестни квантови състояния. Това е първият път в света, че квантовото състояние е успешно прехвърлено от фотон в Земя А в фотон в Земя Б. Това, което беше предадено в експеримента беше просто да изрази" състояние" на квантова информация, а самият фотон като носител на информация не се предаваше. Скоро Пан Джанвей и неговите сътрудници направиха нов пробив в проучването как да пречистват висококачествените квантово заплетени състояния. За телепортиране на квантови състояния на големи разстояния често е необходимо да се позволи на две отдалечени места да споделят предварително най-голямото квантово заплетено състояние. Въпреки това, поради различни неизбежни шумове от околната среда, качеството на заплетени квантови състояния ще става все по-лошо и по-лошо с увеличаване на разстоянието на предаване. Следователно, как да пречистите висококачествените квантово заплетени състояния, е важен въпрос в изследванията на квантовата комуникация в този момент.

Много международни изследователски групи работят по този въпрос и са предложили поредица от теоретични решения за пречистване на заплетени квантови състояния, но нито едно от тях не може да бъде постигнато със съществуващите технологии. По-късно Пан Джанвей и други откриха теоретичното решение на пречистването на квантово заплетено състояние, което е експериментално възможно с помощта на съществуващата технология и по принцип реши основния проблем на квантовата комуникация на дълги разстояния в наши дни. Това научно постижение е високо оценено от международната научна общност и се нарича&„скок в изследването на квантовата комуникация на дълги разстояния GG“.