Квантове спілкування

процес розвитку

У 1993 році Ч.Беннет висунув концепцію квантової комунікації; того ж року 6 вчених з різних країн запропонували схему реалізації квантової телепортації шляхом поєднання класичних та квантових методів: перенесення невідомого квантового стану частинки в інше. В одному місці готується інша частинка до квантового стану, тоді як вихідна частинка залишається на місці. Основна ідея полягає в тому, щоб розділити вихідну інформацію на дві частини: класичну інформацію та квантову інформацію, які передаються до приймача відповідно класичним каналом та квантовим каналом відповідно. Класичну інформацію отримує відправник, який здійснює якесь вимірювання вихідної речовини, а квантова інформація - це решта інформації, яку відправник не вилучив під час вимірювання; приймач може підготувати вихідний квантовий стан після отримання цих двох видів інформації, повністю відтвореної. У цьому процесі передається лише квантовий стан вихідної речовини, а не сама вихідна речовина. Відправник навіть нічого не може знати про цей квантовий стан, тоді як одержувач ставить інші частинки в квантовий стан вихідної речовини. У цій схемі надзвичайно важливу роль відіграє нелокальність заплутаних станів. Квантова телепортація важлива не тільки у галузі фізики для того, щоб люди зрозуміли та розкрили загадкові закони природи, але також може використовувати квантовий стан як носій інформації для завершення передачі інформації великої ємності шляхом передачі квантового стану, досягнення в принципі нерозбірливий квантовий конфіденційний зв’язок.

У 1997 році пан Цзяньвей, молодий китайський учений, який навчається в Австрії, співпрацював з голландським ученим Бомістером та іншими, щоб вперше здійснити віддалену передачу невідомих квантових станів. Це вперше у світі, що квантовий стан було успішно перенесено з фотона на Землі А до фотона на Землі В. В експерименті лише стан&"стан GG"; квантової інформації виражається, а сам фотон як носій інформації не передається.

У 2012 році китайський вчений Пан Цзянвей та інші успішно досягли перших 100 кілометрів вільного космічного квантової телепортації та заплутування у світі, заклавши технічну основу для запуску першого в світі&"Квантового супутника зв'язку GG". Міжнародний авторитетний академічний журнал" Nature" журнал зосередився на цьому досягненні 9 серпня.&"Успішна передача 100 кілометрів на високому збитку означає, що відстань передачі в просторі з низькими втратами може досягати більше 1000 кілометрів, в основному вирішуючи проблему передачі інформації на далекі відстані квантових супутників зв'язку." Член дослідницької групи Пен Ченджі зазначив, що квантовий прорив у основній технології супутників зв'язку також свідчить про те, що в майбутньому технічно можливо побудувати глобальну мережу квантових комунікацій. 9 серпня у міжнародному авторитетному академічному журналі&"Nature GG"; зосередили увагу на цьому досягненні, представляючи його загальне визнання у міжнародній академічній спільноті." Природа" журнал заявив, що саме&"обіцяє стати віхою квантової комунікації на великі відстані GG";&"у напрямку глобальної квантової мережі GG"; веб-сайт Європейського фізичного суспільства, США&"Science News" журнал та інші спеціальні звіти.

Основний зміст

Так звана квантова комунікація відноситься до нового типу методу зв'язку, який використовує ефект квантового переплетення для передачі інформації. Це нова міждисциплінарна розробка, розроблена за останні два десятиліття, і нове наукове поле, що поєднує квантову теорію та теорію інформації.

Оптична квантова комунікація в основному базується на теорії квантових заплутаних станів, використовуючи квантову телепортацію (передачу) для досягнення передачі інформації. Відповідно до експериментальної перевірки, незалежно від того, наскільки відстають дві частинки з заплутаними станами, доки одна зміна змінюється, інша також зміниться миттєво. Процес використання цієї функції для здійснення оптичної квантової зв'язку полягає в наступному: пара частинок з заплутаними станами будується заздалегідь. Дві частинки розміщені з двох сторін зв'язку, і частинки з невідомим квантовим станом і частинками відправника&# 39 спільно вимірюються (операція), і частинки приймача&# 39 миттєво руйнуються (змінюються ), а крах (зміна) перебуває у певному стані. Цей стан симетричний зі станом відправника частинок' s після згортання (зміни), а потім спільна інформація про вимірювання передається в приймач по класичному каналу, і приймач здійснює єдине перетворення на обвалених частинках згідно отриману інформацію (еквівалентну При зворотному перетворенні), ви можете отримати той же невідомий квантовий стан, що і відправник.

У порівнянні з оптичною квантовою комунікацією, класичну комунікацію не можна порівняти з її безпекою та ефективністю. Безпечно-квантова комунікація ніколи не буде&"витікати GG". Ключ квантового шифрування є випадковим. Навіть якщо він перехоплений викраденою особою, неможливо отримати правильний ключ, тому інформація не може бути зламана. Дві частинки з заплутаними станами в одній руці' квантовий стан однієї з частинок змінюється, квантовий стан іншої сторони негайно зміниться, і згідно з квантовою теорією будь-яке макроскопічне спостереження та інтерференція негайно змінить квантовий стан, викликаючи його руйнування, тому інформація, отримана крадіжками через втручання, була знищена, а не вихідна інформація. Ефективний, невідомий квантовий стан, який передається, перед вимірюванням буде в заплутаному стані, тобто являє собою кілька станів одночасно, наприклад, квантовий стан може представляти одночасно два числа 0 і 1, 7 такі квантові стани можуть представляти 128 одночасно Стан або 128 цифр: 0 ~ 127. Така передача оптичного квантового зв'язку еквівалентна 128 разів класичного методу зв'язку. Можливо, що якщо пропускна здатність передачі дорівнює 64 біт або більше, то різниця в ефективності буде дивовижною потужністю від 2 до N і вище.

Ось подальше пояснення квантового заплутування. Квантове заплутування можна зрозуміти за допомогою&"Schrodinger' s cat" ;: коли ви кладете кішку в коробку, що містить отруту, а потім накриваєте коробку, через деякий час запитайте, чи кішка мертва чи жива? Квантова Відповідь фізики така: вона і мертва, і жива. Деякі люди скажуть, що ви не знаєте, чи відкриєте ящик і подивитеся на нього. Так, ви будете знати, чи кот мертвий чи живий, коли відкриєте коробку, але згідно інтерпретації квантової фізики: цей мертвий чи живий стан є результатом спостереження людини, тобто порушення людських макросів роблять котів мертвими чи живими , а не справжній стан, коли кришка закрита. Аналогічно, мікроскопічні частинки були в&"мертвій GG"; і&"живий GG"; стани, перш ніж бути&"порушеним GG"; Можна сказати, що це одночасно&"0 GG"; і" 1" ;.

Квантова комунікація має характеристики високої ефективності та абсолютної безпеки, і вона є точкою дослідження міжнародної квантової фізики та інформатики на даний момент. Щоб простежити походження квантової комунікації, ми повинні почати з доказів Ейнштейна' s&"ghost GG", квантового сплутування.

Оскільки люди скептично ставляться до взаємодії між заплутаними частинками, фізики протягом десятиліть намагаються перевірити, чи справжня ця магічна властивість.

У 1982 році французький фізик Ален Аспект та його команда успішно завершили експеримент, який підтвердив існування явища&"Квантове заплутування GG"; мікроскопічних частинок. Цей висновок має великий вплив на основний світогляд західної науки. Оскільки Декарт, Галілей та Ньютон, основне мислення західної наукової спільноти вважає, що компоненти Всесвіту не залежать один від одного, а взаємодія між ними обмежена простором і часом (тобто локалізованою). Квантове заплутування підтверджує існування призрачно-призрачної дії Ейнштейна&№ 39 на відстані. Це доводить, що між будь-якими двома речовинами, незалежно від того, наскільки далеко вони можуть впливати один на одного і не впливати на чотиривимірний простір-час. Обмеження нелокальне, і Всесвіт має глибокі внутрішні зв’язки у світі.

На основі теорії квантового заплутування в 1993 р. Американський вчений Ч. Беннет запропонував концепцію квантової комунікації (Квантова телепортація). Квантова комунікація - це метод комунікації, який несе інформацію за квантовими станами. Він використовує принцип квантового переплетення елементарних частинок, таких як фотони, для здійснення безпечного процесу зв'язку. Введення концепції квантової комунікації змусило Ейнштейна' s&"моторошного GG" -квантного переплетення користь почати реально проявляти свою справжню силу.

У 1993 році, після того, як Беннет запропонував концепцію квантової комунікації, шість вчених з різних країн, спираючись на теорію квантового заплутування, запропонували використовувати класичні та квантові методи для досягнення квантової телепортації, тобто невідомого кванту частинки Держава переноситься в інше місце, і інша частинка готується до квантового стану, а вихідна частинка залишається на місці. Це оригінальна основна схема квантової комунікації. Квантова телепортація важлива не лише у галузі фізики, щоб люди зрозуміли та розкрили загадкові закони природи, але також можуть використовувати квантові стани як носії інформації для завершення передачі інформації великої ємності шляхом передачі квантових станів для досягнення квантових в принципі нерозбірливий. Конфіденційне спілкування.

У 1997 році китайський молодий учений Пан Цзянвей, який навчався в Австрії, співпрацював з голландським ученим Бомістером та іншими, щоб вперше здійснити віддалену передачу невідомих квантових станів. Це вперше у світі, що квантовий стан було успішно перенесено з фотона на Землі А до фотона на Землі В. В експерименті лише стан&"стан GG"; квантової інформації виражається, а сам фотон як носій інформації не передається.

Після більш ніж 20 років розвитку дисципліна квантової комунікації поступово перейшла від теорії до експерименту та практичного розвитку. Основні поля, що займаються, включають: квантову криптографічну комунікацію, квантове віддалене телепортування та квантове щільне кодування.

Системи квантового зв'язку поділяються на дві категорії залежно від того, чи є інформація, яку вони передають, класичною чи квантовою. Перший використовується в основному для передачі квантових ключів, тоді як останній може використовуватися для розподілу квантової телепортації та квантового сплутування. Так звана невидима передача відноситься до різновиду&"повного GG"; передача інформації, яка відокремлена від реальної речі. З точки зору фізики процес невидимої передачі можна уявити наступним чином: спочатку витягують всю інформацію оригіналу, а потім передають інформацію до місця прийому, а приймач вибирає ту саму основну одиницю, яка становить оригінал на основі інформацію та виготовляє досконалу копію оригіналу. Однак принцип невизначеності квантової механіки не дозволяє точно вилучити всю інформацію оригіналу, і ця репліка не може бути досконалою. Так тривалий час телепортація була не що інше, як фантазія.

У 1993 році шість вчених з різних країн запропонували схему, яка використовує класичні та квантові методи для досягнення квантової телепортації: перенести нерозпізнаний квантовий стан частинки в інше місце і підготувати іншу частинку до стану квантового стану, вихідні частинки залишаються на місці . Основна ідея полягає в тому, щоб розділити вихідну інформацію на дві частини: класичну інформацію та квантову інформацію, які передаються до приймача відповідно класичним каналом та квантовим каналом відповідно. Класичну інформацію отримує відправник, який бере певне вимірювання вихідної речовини, а квантова інформація - це решта інформації, яку відправник не отримав при вимірюванні; після отримання одержувачем цих двох видів інформації, вихідний квантовий стан може бути підготовлений повністю реплікацією. У цьому процесі передається лише квантовий стан вихідної речовини, а не сама вихідна речовина. Відправник навіть нічого не може знати про цей квантовий стан, тоді як одержувач ставить інші частинки у вихідний квантовий стан.

У цій схемі нелокальність заплутаних держав відіграє вирішальну роль. Квантова механіка - це не локальна теорія, що було підтверджено експериментальними результатами, що порушують нерівність Белла Г.Г. Тому квантова механіка виявляє багато протиінтуїтивних ефектів. У квантовій механіці два стани частинок можуть бути підготовлені таким чином, що взаємозв'язок між ними неможливо класично пояснити. Такий стан називають заплутаним станом. Квантове заплутування відноситься до взаємодії двох або більше квантових систем Нелокальне некласичне об'єднання. Квантова телепортація не лише надзвичайно важлива для того, щоб люди зрозуміли та розкрили загадкові закони природи у галузі фізики, але також може використовувати квантовий стан як носій інформації для здійснення передачі інформації великої ємності за допомогою передачі квантового стану, що в принципі нерозбірливо. Квантове конфіденційне спілкування.

У 1997 році Пан Джанвей, молодий китайський учений, який навчається в Австрії, і голландський учений Бомістер тощо, вперше співпрацювали для здійснення передачі невідомих квантових станів на далекі відстані. Це вперше у світі, що квантовий стан було успішно перенесено з фотона на Землі А до фотона на Землі В. Те, що було передано в експерименті, було лише для вираження&"стан GG"; квантової інформації, а сам фотон як носій інформації не передався. Незабаром пан Цзянвей та його співробітники здійснили нові прориви у вивченні способів очищення високоякісних квантових заплутаних станів. Для телепортації квантових станів на великі відстані часто потрібно дозволити двом віддаленим місцям заздалегідь поділити найбільший квантовий заплутаний стан. Однак через різні неминучі екологічні шуми якість квантових заплутаних станів буде погіршуватися та погіршуватись із збільшенням відстані передачі. Отже, як очистити високоякісні квантові заплутані стани - важливе питання дослідження квантової комунікації на даний момент.

Багато міжнародних дослідницьких груп працюють над цією темою і запропонували низку теоретичних рішень для очищення квантових заплутаних станів, але жодне з них не може бути досягнуто за допомогою існуючої технології. Пізніше Пан Цзянвей та інші виявили теоретичне рішення квантового очищення стану, заплутаного в стані, що є експериментально можливим за допомогою існуючої технології, і в принципі вирішили фундаментальну проблему квантової комунікації на великі відстані в наш час. Це наукове досягнення високо оцінено міжнародним науковим співтовариством і називається&"стрибком у дослідженні квантової комунікації на великі відстані GG".