Kvantová komunikace

vývojový proces

V roce 1993 navrhl CHBennett koncept kvantové komunikace; ve stejném roce, 6 vědců z různých zemí, navrhlo schéma realizace kvantové teleportace kombinací klasických a kvantových metod: přenos neznámého kvantového stavu částice na jiné Na jednom místě je další částice připravena do kvantového stavu, zatímco původní částice zůstává na svém místě. Základní myšlenkou je rozdělit původní informace na dvě části: klasickou informaci a kvantovou informaci, které jsou přenášeny do přijímače klasickým kanálem a kvantovým kanálem. Klasické informace získává odesílatel, který provádí nějaký druh měření původní látky, a kvantové informace jsou zbývající informace, které odesílatel během měření nezískal; přijímač může připravit původní kvantový stav po získání těchto dvou druhů informací Plně reprodukovaných. V tomto procesu se přenáší pouze kvantový stav původní látky, nikoli původní látka samotná. Odesílatel o tomto kvantovém stavu nemůže ani vědět nic, zatímco přijímač uvádí další částice do kvantového stavu původní hmoty. V tomto schématu hraje mimořádně důležitou roli nelokalita spletených států. Kvantová teleportace není důležitá pouze v oblasti fyziky, aby lidé pochopili a odhalili záhadné zákony přírody, ale může také použít kvantový stav jako informační nosič k dokončení přenosu velkokapacitních informací prostřednictvím přenosu kvantového stavu a dosáhnout v zásadě nerozlučná kvantová důvěrná komunikace.

V roce 1997 Pan Jianwei, mladý čínský učenec studující v Rakousku, poprvé spolupracoval s nizozemským učencem Bomiisterem a dalšími, aby realizoval dálkový přenos neznámých kvantových států. Toto je poprvé na světě, že kvantový stav byl úspěšně přenesen z fotonu v Zemi A na foton v Zemi B. V experimentu pouze&"stav GG"; kvantové informace je vyjádřeno a samotný foton jako informační nosič není přenášen.

V roce 2012 čínský vědec Pan Jianwei a další úspěšně dosáhli prvních 100 kilometrů kvantového teleportace a distribuce spleteného prostoru na světě, čímž položili technický základ pro spuštění prvního světového GG, kvantového komunikačního satelitního&;. Mezinárodní autoritativní akademický časopis" Nature" časopis zaměřený na tento úspěch 9. srpna.": Úspěšný přenos 100 kilometrů na zemi s vysokou ztrátou znamená, že přenosová vzdálenost v prostoru s nízkou ztrátou může dosáhnout více než 1 000 kilometrů, což v zásadě řeší problém přenosu informací na velkou vzdálenost kvantových komunikačních satelitů." Člen výzkumného týmu Peng Chengzhi řekl, že Quantum Průlom v základní technologii komunikačních satelitů také ukazuje, že je technicky možné v budoucnu vybudovat globální kvantovou komunikační síť. 9. srpna mezinárodní autorizovaný akademický časopis&citoval Nature" zaměřené na tento úspěch, což představuje jeho obecné uznání v mezinárodní akademické komunitě." Nature" časopis uvedl, že je&„slibné stát se milníkem dálkové kvantové komunikační GG“,&„směrem k globální kvantové síti GG“, webové stránky Evropské fyzické společnosti, USA GG, Science News" časopis a další speciální zprávy.

Základní obsah

Takzvaná kvantová komunikace se týká nového typu komunikační metody, která používá efekt kvantového zapletení k přenosu informací. Jde o nový interdisciplinární vývoj vyvinutý v posledních dvou desetiletích a nové výzkumné pole kombinující kvantovou teorii a informační teorii.

Optická kvantová komunikace je založena hlavně na teorii kvantově zapletených stavů, pomocí kvantové teleportace (přenosu) k dosažení přenosu informací. Podle experimentálního ověření, bez ohledu na to, jak daleko od sebe jsou dvě částice se zapletenými stavy, pokud se jedna změní, druhá se také změní okamžitě. Proces použití této funkce k realizaci optické kvantové komunikace je následující: pár částic s propletenými stavy je konstruován předem. Dvě částice jsou umístěny na dvou stranách komunikace a částice s neznámým kvantovým stavem a částice odesílatele' jsou společně měřeny (operace) a částice přijímače' okamžitě se zhroutí (změna ) a kolaps (změna) je v určitém stavu. Tento stav je symetrický se stavem částic odesílatele' přijaté informace (ekvivalentní k inverzní transformaci), můžete získat stejný neznámý kvantový stav jako odesílatel.

Ve srovnání s optickou kvantovou komunikací nelze klasickou komunikaci porovnat s její bezpečností a účinností. Komunikace Security-Quantum nikdy" únik" ;. Klíč ke kvantovému šifrování je náhodný. I když je zachycena ukradenou osobou, nelze získat správný klíč, takže informace nelze popraskat. Dvě částice se zapletenými stavy v jedné' ruce, kvantový stav jedné z částic se mění, kvantový stav druhé strany se okamžitě změní a podle kvantové teorie jakékoli makroskopické pozorování a interference okamžitě změní Kvantový stav, způsobující to, že se zhroutil, takže informace získané zloděje kvůli rušení byly zničeny, nikoli původní informace. Efektivní, neznámý kvantový stav, který je přenášen, bude před změřením v zamotaném stavu, tj. Představuje více stavů současně, například kvantový stav může představovat dvě čísla 0 a 1 současně, 7 takové kvantové stavy mohou představovat 128 současně stav nebo 128 číslic: 0 ~ 127. Takový přenos optické kvantové komunikace je ekvivalentní 128násobku klasické komunikační metody. Je myslitelné, že pokud je přenosová šířka pásma 64 bitů nebo vyšší, pak rozdíl v účinnosti bude udivující výkon 2 až N a vyšší.

Zde je další vysvětlení kvantového zapletení. Kvantové zapletení lze pochopit pomocí&"Schrodinger' s kočkou GG"; když dáte kočku do krabice obsahující jed, a poté ji po chvíli zakryjete, zeptejte se, zda je kočka mrtvá nebo živá? Kvantová Odpověď na fyziku je: je mrtvá i živá. Někteří lidé řeknou, že nevíte, jestli otevřete krabici a podíváte se na ni. Ano, budete vědět, jestli je kočka mrtvá nebo živá, když otevřete krabici, ale podle interpretace kvantové fyziky: tento mrtvý nebo živý stav je výsledkem lidského pozorování, to znamená, že lidské makro-poruchy způsobují, že kočky jsou mrtvé nebo živé. , není to skutečný stav, když je pole zakryto. Podobně mikroskopické částice byly v&"mrtvý GG"; a&"živé GG"; stavy před tím, než jsou&"narušené GG"; Lze říci, že se jedná o&"0 GG"; a&"1 GG".

Kvantová komunikace má vlastnosti vysoké účinnosti a absolutní bezpečnosti a v této chvíli je výzkumným bodem mezinárodní kvantové fyziky a informační vědy. Abychom mohli sledovat původ kvantové komunikace, musíme začít s důkazem EGsteinova'&"duch GG", kvantové zapletení.

Protože lidé jsou skeptičtí ohledně interakce mezi zapletenými částicemi, fyzici se snaží po desetiletí ověřit, zda je tato magická vlastnost pravdivá.

V roce 1982 francouzský fyzik Alain Aspect a jeho tým úspěšně dokončili experiment, který potvrdil existenci jevu&"quantum entanglement GG"; mikroskopických částic. Tento závěr Má velký dopad na mainstreamový světonázor západní vědy. Protože Descartes, Galileo a Newton, mainstreamové myšlení západní vědecké komunity věří, že složky vesmíru jsou na sobě nezávislé a jejich vzájemné ovlivňování je omezeno prostorem a časem (tj. Lokalizovaným). Kvantové zapletení potvrzuje existenci strašidelné akce Einsteina' na dálku. To dokazuje, že mezi jakýmikoli dvěma látkami, bez ohledu na to, jak daleko, se mohou navzájem ovlivňovat a nejsou ovlivněny čtyřrozměrným časoprostorem. Omezení je nelokální a vesmír má hluboké vnitřní souvislosti ve světě.

Na základě teorie kvantového zapletení v roce 1993 navrhl americký vědec CH Bennett koncept kvantové komunikace (Quantum Teleportation). Kvantová komunikace je komunikační metoda, která přenáší informace kvantovými stavy. Využívá princip kvantového zapletení elementárních částic, jako jsou fotony, k implementaci bezpečného komunikačního procesu. Zavedení konceptu kvantové komunikace způsobilo, že EGsteinova'&"strašidelná GG" - kvantové zapletení začalo skutečně uplatňovat svou skutečnou sílu.

V roce 1993 poté, co Bennett navrhl koncept kvantové komunikace, navrhlo šest vědců z různých zemí na základě teorie kvantového zapletení použití klasických a kvantových metod k dosažení kvantové teleportace, tj. Neznámého kvanta částice. je převedena na jiné místo a další částice je připravena do kvantového stavu a původní částice zůstává na svém místě. Toto je původní základní schéma kvantové komunikace. Kvantová teleportace není důležitá pouze v oblasti fyziky, aby lidé pochopili a odhalili záhadné zákony přírody, ale mohou také použít kvantové stavy jako nosiče informací k dokončení přenosu velkokapacitních informací prostřednictvím přenosu kvantových stavů k dosažení kvantové hodnoty. v zásadě nerozluštitelný. Důvěrná komunikace.

V roce 1997 čínský mladý učenec Pan Jianwei, který studoval v Rakousku, poprvé spolupracoval s nizozemským učencem Bomiisterem a dalšími na realizaci dálkového přenosu neznámých kvantových států. Toto je poprvé na světě, že kvantový stav byl úspěšně přenesen z fotonu v Zemi A na foton v Zemi B. V experimentu pouze&"stav GG"; kvantové informace je vyjádřena a samotný foton jako informační nosič není přenášen.

Po více než 20 letech vývoje se disciplína kvantové komunikace postupně posunula od teorie k experimentu a praktickému rozvoji. Mezi hlavní oblasti patří: kvantová kryptografická komunikace, kvantová dálková teleportace a kvantové husté kódování.

Kvantové komunikační systémy jsou rozděleny do dvou kategorií podle toho, zda informace, které přenášejí, jsou klasické nebo kvantové. První se používá hlavně pro přenos kvantových klíčů, zatímco druhý se může použít pro distribuci kvantového teleportace a kvantového zapletení. Takzvaný neviditelný přenos označuje určitý druh&"kompletní GG"; přenos informací, který je oddělen od skutečné věci. Z pohledu fyziky si lze proces neviditelného přenosu představit následovně: nejprve extrahujte všechny informace o originálu a poté předejte informace do přijímacího místa a přijímač vybere stejnou základní jednotku, která tvoří originál na základě informace a vyrábí dokonalou repliku originálu. Princip neurčitosti kvantové mechaniky však neumožňuje přesnou extrakci všech informací o originálu a tato replika nemůže být dokonalá. Takže teleportace po dlouhou dobu nebyla nic jiného než fantazie.

V roce 1993 navrhlo šest vědců z různých zemí systém, který používá klasické a kvantové metody k dosažení kvantové teleportace: pro přenos neuznaného kvantového stavu částice na jiné místo a přípravu další částice do Kvantového stavu zůstávají původní částice na místě . Základní myšlenkou je rozdělit původní informace na dvě části: klasickou informaci a kvantovou informaci, které jsou přenášeny do přijímače klasickým kanálem a kvantovým kanálem. Klasické informace jsou získány odesílatelem, který provádí určité měření původní látky, a kvantové informace jsou zbývající informace, které odesílatel při měření nevytahoval; poté, co příjemce získal tyto dva druhy informací, může být původní kvantový stav připraven na úplnou repliku. V tomto procesu se přenáší pouze kvantový stav původní látky, nikoli původní látka samotná. Odesílatel o tomto kvantovém stavu nemůže vůbec nic vědět, zatímco přijímač uvádí ostatní částice do původního kvantového stavu.

V tomto schématu hraje klíčovou roli nelokalita spletených států. Kvantová mechanika je nelokální teorie, která byla potvrzena experimentálními výsledky, které porušují Bell' s nerovnost. Kvantová mechanika proto vykazuje mnoho kontraintuitivních efektů. V kvantové mechanice lze dva stavy částic připravit tak, že vztah mezi nimi nelze klasicky vysvětlit. Takový stav se nazývá zamotaný stav. Kvantové zapletení označuje interakci mezi dvěma nebo více kvantovými systémy Non-lokální neklasická asociace. Kvantová teleportace je nejen nesmírně důležitá pro to, aby lidé pochopili a odhalili tajemné přírodní zákony v oblasti fyziky, ale také může použít kvantový stav jako informační nosič k realizaci přenosu velkokapacitních informací prostřednictvím přenosu kvantového stavu, což je v zásadě nerozluštitelné. Kvantová důvěrná komunikace.

V roce 1997 poprvé pan Jianwei, mladý čínský učenec studující v Rakousku, a nizozemský učenec Bomiister atd. Spolupracovali na realizaci dálkového přenosu neznámých kvantových států. Toto je poprvé na světě, že kvantový stav byl úspěšně přenesen z fotonu na Zemi A na foton na Zemi B. To, co bylo přeneseno v experimentu, bylo pouze vyjádření" state" kvantové informace a samotný foton jako informační nosič nebyl přenášen. Pan Jianwei a jeho spolupracovníci brzy dosáhli nových průlomů ve studiu toho, jak čistit vysoce kvalitní kvantové zapletené státy. Pro teleportaci kvantových stavů na velké vzdálenosti je často nutné umožnit dvěma vzdáleným místům sdílet předem největší kvantový zapletený stav. Kvůli různým nevyhnutelným environmentálním hlukům se však kvalita kvantově zapletených stavů se zhoršováním a zvyšováním přenosové vzdálenosti zhoršuje. Proto je v této chvíli důležitým tématem kvantového komunikačního výzkumu očištění vysoce kvalitních kvantově zapletených stavů.

Mnoho mezinárodních výzkumných skupin pracuje na tomto tématu a navrhlo řadu teoretických řešení pro čištění kvantově zapletených stavů, ale žádné z nich nelze dosáhnout stávající technologií. Později Pan Jianwei a další objevili teoretické řešení čištění kvantového zamotaného stavu, které je experimentálně proveditelné s využitím stávající technologie, a v zásadě vyřešil základní problém kvantové komunikace na velké vzdálenosti v dnešní době. Tento výzkumný úspěch byl vysoce hodnocen mezinárodní vědeckou komunitou a nazývá se" skok v dálkovém kvantovém komunikačním výzkumu" ;.