ارتباطات کوانتومی

روند توسعه

در سال 1993 ، CHBennett مفهوم ارتباط کوانتومی را مطرح کرد. در همان سال ، 6 دانشمند از کشورهای مختلف طرحی را برای تحقق حمل و نقل کوانتومی با ترکیب روشهای کلاسیک و کوانتومی پیشنهاد دادند: انتقال حالت کوانتومی ناشناخته یک ذره به مکان دیگر در یک مکان ، ذره دیگری به حالت کوانتوم آماده می شود ، در حالی که اصلی ذره در جای خود باقی می ماند. ایده اصلی تقسیم اطلاعات اصلی به دو بخش است: اطلاعات کلاسیک و اطلاعات کوانتومی که به ترتیب از طریق کانال کلاسیک و کانال کوانتومی به گیرنده منتقل می شوند. اطلاعات کلاسیک توسط فرستنده انجام می شود که نوعی اندازه گیری در مورد ماده اصلی را انجام می دهد ، و اطلاعات کوانتومی سایر اطلاعاتی است که فرستنده هنگام اندازه گیری از آنها استخراج نمی کند. گیرنده می تواند پس از به دست آوردن این دو نوع اطلاعات کاملاً بازتولید شده ، حالت کوانتومی اصلی را آماده کند. در این فرآیند ، تنها حالت کوانتومی ماده اصلی منتقل می شود ، نه خود ماده اصلی. فرستنده حتی نمی تواند از این حالت کوانتومی چیزی بداند ، در حالی که گیرنده ذرات دیگر را در حالت کوانتومی ماده اصلی قرار می دهد. در این طرح ، غیر محلی بودن حالتهای درهم تنیده نقش بسیار مهمی ایفا می کند. انتقال کوانتومی نه تنها در زمینه فیزیک برای افراد مهم است که قوانین و اسرارآمیز طبیعت را بشناسند و هم آشکار کنند ، بلکه می توانند از حالت کوانتومی به عنوان یک حامل اطلاعات نیز برای تکمیل انتقال اطلاعات با ظرفیت های بزرگ از طریق انتقال حالت کوانتومی استفاده کنند. در اصل ارتباط محرمانه غیر قابل رمزگذاری کوانتومی است.

در سال 1997 ، پان جیانوی ، دانشمند جوان چینی که در اتریش تحصیل می کرد ، با محقق هلندی بومیستر و دیگران همکاری کرد تا برای اولین بار از راه دور از حالت های کوانتومی ناشناخته انتقال یابد. این اولین بار در جهان است که یک حالت کوانتومی با موفقیت از یک فوتون در زمین A به یک فوتون در زمین B. منتقل شده است. در آزمایش ، فقط&به نقل از "GG state" است. از اطلاعات کوانتومی بیان شده است ، و خود فوتون به عنوان حامل اطلاعات منتقل نمی شود.

در سال 2012 ، دانشمند چینی پان جیانوی و دیگران با موفقیت توانستند 100 کیلومتر اول فضای دور انتقال و کپی برداری کوانتومی فضای آزاد را در جهان بدست آورند و بنیان فنی را برای راه اندازی اولین&"ماهواره ارتباطی کوانتومی GG" در جهان بنیان بگذارند. مجله معتبر آکادمیک بین المللی"؛ Nature GG؛ مجله در این دستاورد در 9 اوت متمرکز شده است.&به نقل از ؛ انتقال موفقیت آمیز 100 کیلومتر در یک زمین با ضرر بالا به این معنی است که فاصله انتقال در فضای کم ضرر می تواند به بیش از 1000 کیلومتر برسد ، اساساً مشکل انتقال اطلاعات از راه دور را حل می کند ماهواره های ارتباطی کوانتومی.&به نقل از؛ عضو تیم تحقیقاتی پنگ چنگزی اظهار داشت: دستیابی به موفقیت در فناوری هسته ای ماهواره های ارتباطی همچنین نشان می دهد ساخت یک شبکه ارتباطی کوانتومی جهانی در آینده امکان پذیر است. در 9 آگوست ، ژورنال معتبر دانشگاهی معتبر&به نقل از؛ Nature&به نقل از؛ با تمرکز بر این دستاورد ، نمایانگر شناخت عمومی آن در جامعه دانشگاهی بین المللی است."؛ طبیعت&​​quot؛ مجله گفت که این&به نقل از ؛ قول برای تبدیل شدن به یک نقطه عطف از ارتباطات کوانتومی از راه دور&به نقل از؛ ،&به نقل از "به سمت یک شبکه جهانی کوانتومی&به نقل از" ؛ وب سایت انجمن فیزیکی اروپا ، ایالات متحده&به نقل از "Science News GG" نقل قول؛ مجله و گزارش های ویژه دیگر.

مطالب اساسی

اصطلاحاً ارتباط کوانتومی به نوع جدیدی از روش ارتباطی اشاره دارد که از اثر درهم تنیدگی کوانتومی برای انتقال اطلاعات استفاده می کند. این یک توسعه میان رشته ای جدید است که در دو دهه گذشته ایجاد شده است و یک زمینه تحقیقاتی جدید است که تئوری کوانتوم و تئوری اطلاعات را ترکیب می کند.

ارتباطات کوانتومی نوری عمدتا بر اساس تئوری حالتهای درهم پیچیده کوانتومی ، با استفاده از حمل و نقل کوانتومی (انتقال) برای دستیابی به انتقال اطلاعات است. طبق تأیید تجربی ، مهم نیست که دو ذره با حالت درهم و برهم فاصله از هم دارند ، تا زمانی که یکی تغییر کند ، دیگری نیز فوراً تغییر خواهد کرد. روند استفاده از این ویژگی برای تحقق ارتباط کوانتومی نوری به شرح زیر است: یک جفت ذره با حالات درهم تنیده از قبل ساخته می شوند. این دو ذره در دو طرف ارتباط قرار می گیرند و ذرات با حالت کوانتومی ناشناخته و ذرات فرستنده&# 39 به طور مشترک اندازه گیری می شوند (یک عمل) و ذرات گیرنده&# 39 بلافاصله فرو می ریزند (تغییر ) ، و فروپاشی (تغییر) در وضعیت خاصی است. این حالت با حالت ذرات فرستنده&# 39 متقارن است پس از فروپاشی (تغییر) ، و سپس اطلاعات اندازه گیری مشترک از طریق کانال کلاسیک به گیرنده منتقل می شود ، و گیرنده با توجه به اطلاعات دریافت شده (معادل در انتقال معکوس) ، می توانید همان حالت کوانتومی ناشناخته را به عنوان فرستنده دریافت کنید.

در مقایسه با ارتباط کوانتومی نوری ، ارتباط کلاسیک با امنیت و کارایی آن قابل مقایسه نیست. ارتباطات امنیتی و کوانتومی هرگز&"quot؛ leak" ؛. کلید رمزگذاری کوانتومی تصادفی است. حتی اگر توسط شخص مسروقه ردیابی شود ، نمی توان کلید صحیح را بدست آورد ، بنابراین نمی توان اطلاعات را خراب کرد. دو ذره با حالات درهم پیچیده در یک دست&# 39 ، حالت کوانتومی یکی از ذرات تغییر می کند ، حالت کوانتومی طرف دیگر بلافاصله تغییر می کند و طبق نظریه کوانتوم ، هر مشاهده و تداخل ماکروسکوپی بلافاصله تغییر می کند حالت کوانتومی ، باعث ریزش آن می شود ، بنابراین اطلاعات بدست آمده توسط سرقت کنندگان از بین رفته است ، نه اطلاعات اصلی. کارآمد ، حالت کوانتومی ناشناخته ای که منتقل می شود قبل از اندازه گیری در یک حالت درهم پیچیده خواهد بود ، یعنی نشان دهنده چندین حالت در یک زمان است ، به عنوان مثال ، یک حالت کوانتومی می تواند دو عدد 0 و 1 را همزمان نشان دهد ، 7 چنین حالات کوانتومی می توانند 128 وضعیت را به طور همزمان نشان دهند یا 128 رقم: 0 ~ 127. چنین انتقال ارتباط کوانتومی نوری معادل 128 بار از روش ارتباط کلاسیک است. می توان تصور کرد که اگر پهنای باند انتقال 64 بیت یا بیشتر باشد ، در این صورت اختلاف در کارایی یک قدرت حیرت انگیز از 2 تا N و بالاتر خواهد بود.

در اینجا توضیح دیگری درباره درگیری کوانتومی آورده شده است. گرفتار شدن کوانتوم را می توان با&نقل کرد ، شرودینجر&# 39 ؛ گربه&به نقل از :: وقتی گربه ای را در جعبه حاوی سم قرار می دهید ، و بعد جعبه را می پوشانید ، بعد از مدتی سؤال کنید که آیا گربه مرده یا زنده است؟ کوانتوم پاسخ فیزیک این است: هم مرده است و هم زنده. برخی از مردم خواهند گفت كه شما نمی دانید جعبه را باز می کنید یا به آن نگاه می کنید. بله ، هنگامی که جعبه را باز می کنید گربه مرده است یا زنده خواهید فهمید ، اما طبق تفسیر فیزیک کوانتوم: این حالت مرده یا زنده نتیجه مشاهده انسان است ، یعنی اختلالات کلان انسانی گربه ها را مرده یا زنده می کند نه وقتی که جعبه پوشانده شود ، حالت واقعی نیست. به طور مشابه ، ذرات میکروسکوپی در&به نقل از "مرده GG" وجود داشته اند. و&نقل قول ؛ زنده&به نقل از؛ قبل از&بودن اظهار می کند ؛&آشفته می توان گفت که هر دو&است ؛ 0" ؛ و"؛ 1" ؛.

ارتباطات کوانتومی دارای ویژگی های راندمان بالا و امنیت مطلق است و این مرکز اصلی تحقیقات فیزیک کوانتومی و علوم اطلاعات بین المللی در این لحظه است. برای ردیابی منشأ ارتباطات کوانتومی ، باید از شواهد انیشتین&# 39 ؛ s&به نقل از ؛ Ghost&به نقل از ؛ ، درهم آمیختگی کوانتومی شروع کنیم.

از آنجا که مردم نسبت به تعامل بین ذرات درهم پیچیده شک کرده اند ، فیزیکدانان در تلاشند تا صحت این مسئله را داشته باشند که آیا این خاصیت جادویی برای ده ها سال صحیح است یا خیر.

در سال 1982 ، فیزیکدان فرانسوی Alain Aspect و تیم وی با موفقیت آزمایشی را به اتمام رساندند که وجود پدیده&را تأیید کرد. ذرات میکروسکوپی. این نتیجه گیری تأثیر عمده ای بر جهان بینی اصلی علم غربی دارد. از آنجا که دکارت ، گالیله و نیوتن ، جریان اصلی تفکر جامعه علمی غربی معتقد است که مؤلفه های جهان مستقل از یکدیگر هستند و تعامل بین آنها با فضا و زمان محدود می شود (یعنی بومی سازی). درهم آمیختگی کوانتومی وجود این عمل شبح مانند شبح Einstein&# 39 را تأیید می کند. این ثابت می کند که بین هر دو ماده ، هر چقدر هم دور باشند ، ممکن است روی یکدیگر تأثیر بگذارند و تحت تأثیر فضا-زمان چهار بعدی قرار نمی گیرند. محدودیت غیرقانونی است و جهان دارای پیوندهای عمیق درونی در جهان است.

بر اساس تئوری درهم تنیدگی کوانتومی ، در سال 1993 ، دانشمند آمریکایی CH Bennet مفهوم ارتباط کوانتومی (teleportation کوانتومی) را ارائه داد. ارتباط کوانتومی یک روش ارتباطی است که اطلاعات را توسط حالت های کوانتومی حمل می کند. این ماده از اصل درگیری کوانتومی ذرات ابتدایی مانند فوتونها برای اجرای یک فرایند ارتباطی ایمن استفاده می کند. معرفی مفهوم ارتباط کوانتومی باعث شد انیشتین&# 39؛ s"؛ شبح وار GG؛ -منافع درهم تنیدگی کوانتومی واقعاً قدرت واقعی خود را اعمال کند.

در سال 1993 و پس از آنكه بنت مفهوم ارتباطات كوانتومی را مطرح كرد ، شش دانشمند از كشورهای مختلف ، براساس تئوری درهم آمیختگی كوانتومی ، پیشنهاد كردند از روشهای كلاسیك و كوانتومی برای دستیابی به انتقال كوانتومی استفاده كنند ، یعنی كوانتوم ناشناخته یك ذره. به جای دیگری منتقل می شود و ذره دیگر به حالت کوانتومی آماده می شود و ذره اصلی در جای خود باقی می ماند. این طرح اصلی اصلی ارتباطات کوانتومی است. انتقال کوانتومی نه تنها در زمینه فیزیک برای افراد مهم است که قوانین و اسرارآمیز طبیعت را بشناسند و هم آشکار کنند ، بلکه می توانند از حالتهای کوانتومی به عنوان حامل اطلاعات نیز استفاده کنند تا بتوانند اطلاعات مربوط به ظرفیت های بزرگ را از طریق انتقال حالت های کوانتومی برای دستیابی به کوانتوم انجام دهند. در اصل غیر قابل رمزگذاری ارتباط محرمانه

در سال 1997 ، محقق جوان چینی پان جیانوی که در اتریش تحصیل می کرد با محقق هلندی بومیستر و دیگران همکاری کرد تا برای نخستین بار انتقال از راه دور حالت های کوانتومی ناشناخته را تحقق یابد. این اولین بار در جهان است که یک حالت کوانتومی با موفقیت از یک فوتون در زمین A به یک فوتون در زمین B. منتقل شده است. در آزمایش ، فقط&به نقل از "GG state" است. اطلاعات کوانتومی بیان شده و فوتون به عنوان حامل اطلاعات منتقل نمی شود.

بعد از گذشت بیش از 20 سال از توسعه ، رشته ارتباطات کوانتومی به تدریج از تئوری به آزمایش و توسعه عملی منتقل شده است. زمینه های اصلی شامل: ارتباط رمزنگاری کوانتومی ، انتقال از راه دور کوانتومی و رمزگذاری متراکم کوانتومی است.

سیستم های ارتباطی کوانتومی با توجه به کلاسیک بودن یا کوانتومی بودن اطلاعاتی که به آنها منتقل می شود ، به دو دسته تقسیم می شوند. اولی عمدتا برای انتقال کلیدهای کوانتومی استفاده می شود ، در حالی که دومی می تواند برای توزیع حمل و نقل کوانتومی و درهم تنیدگی کوانتومی استفاده شود. انتقال به اصطلاح نامرئی به نوعی&گفته می شود ؛&کامل انتقال اطلاعاتی که از واقعیت جدا شده است. از منظر فیزیک ، روند انتقال نامرئی را می توان چنین تصور کرد: ابتدا کلیه اطلاعات اصلی را استخراج کرده و سپس اطلاعات را به محل دریافت منتقل کنید و گیرنده همان واحد اساسی را که اصلی را تشکیل می دهد بر اساس اطلاعات ، و تولید یک کپی کامل از نسخه اصلی. با این حال ، اصل عدم اطمینان مکانیک کوانتوم اجازه استخراج دقیق تمام اطلاعات اصلی را نمی دهد و این ماکت نمی تواند کامل باشد. بنابراین برای مدت طولانی ، انتقال از راه دور چیزی جز یک خیالپردازی نبود.

در سال 1993 ، شش دانشمند از کشورهای مختلف طرحی را پیشنهاد کردند که با استفاده از روشهای کلاسیک و کوانتومی برای رسیدن به حمل و نقل کوانتومی انجام می شود: برای انتقال حالت کوانتومی ناشناخته ذره به مکان دیگر و تهیه ذره دیگر به حالت کوانتومی ، ذرات اصلی در جای خود باقی می مانند . ایده اصلی تقسیم اطلاعات اصلی به دو بخش است: اطلاعات کلاسیک و اطلاعات کوانتومی که به ترتیب از طریق کانال کلاسیک و کانال کوانتومی به گیرنده منتقل می شوند. اطلاعات کلاسیک توسط فرستنده با اندازه گیری خاص از ماده اصلی بدست می آید و اطلاعات کوانتومی بقیه اطلاعاتی است که فرستنده در این اندازه گیری استخراج نمی کند. بعد از اینکه گیرنده این دو نوع اطلاعات را بدست آورد ، می توان حالت کوانتومی اصلی را به طور کامل کپی تهیه کرد. در این فرآیند ، تنها حالت کوانتومی ماده اصلی منتقل می شود ، نه خود ماده اصلی. فرستنده حتی نمی تواند از این حالت کوانتومی چیزی بداند ، در حالی که گیرنده ذرات دیگر را در حالت کوانتومی اصلی قرار می دهد.

در این طرح ، غیر محلی بودن ایالات درهم تنیده نقش اساسی دارد. مکانیک کوانتوم یک نظریه غیر محلی است که با نتایج تجربی نابرابری Bell&# 39 تأیید شده است. بنابراین ، مکانیک کوانتومی اثرات ضد شهودی زیادی را به نمایش می گذارد. در مکانیک کوانتومی ، دو حالت ذره می تواند به گونه ای تهیه شود که رابطه بین آنها به صورت کلاسیک قابل توضیح نباشد. چنین وضعیتی را حالت گرفتاری می نامند. درگیری کوانتومی به تعامل بین دو یا چند سیستم کوانتومی ارتباط غیر کلاسیک غیر محلی اشاره دارد. حمل و نقل کوانتومی نه تنها برای درک و آشکار کردن قوانین مرموز طبیعت در زمینه فیزیک برای افراد بسیار مهم است ، بلکه می تواند از حالت کوانتوم به عنوان یک حامل اطلاعات برای تحقق انتقال اطلاعات با ظرفیت زیاد از طریق انتقال حالت کوانتوم استفاده کند ، که در اصل غیر قابل تصور است ارتباط محرمانه کوانتومی.

در سال 1997 ، پان جیانوی ، یک محقق جوان چینی که در اتریش تحصیل می کرد ، و محقق هلندی بومیستر و غیره ، برای اولین بار با همکاری در انتقال از مسافت های طولانی ایالات کوانتومی ناشناخته همکاری کرد. این اولین بار در جهان است که یک حالت کوانتومی با موفقیت از یک فوتون در زمین A به یک فوتون در زمین B. منتقل شده است. آنچه در این آزمایش منتقل شد فقط برای بیان&به نقل قول است ؛ حالت&به نقل از؛ اطلاعات کوانتومی ، و خود فوتون به عنوان حامل اطلاعات منتقل نمی شود. به زودی ، Pan Jianwei و همکارانش پیشرفت های جدیدی را در مطالعه چگونگی تصفیه حالت های کوانتومی باکیفیت با کیفیت بالا انجام داده اند. برای انتقال حالتهای کوانتومی در مسافتهای طولانی ، اغلب لازم است که دو مکان از راه دور بتوانند بزرگترین حالت درهم تنیده کوانتومی را از قبل به اشتراک بگذارند. با این حال ، به دلیل صداهای مختلف اجتناب ناپذیر زیست محیطی ، با افزایش فاصله انتقال ، کیفیت حالت های درهم پیچیده کوانتومی بدتر و بدتر می شود. بنابراین ، چگونگی تصفیه حالت های درهم کوانتومی با کیفیت بالا مسئله مهمی در تحقیقات ارتباطات کوانتومی در این لحظه است.

بسیاری از گروه های تحقیقاتی بین المللی روی این موضوع کار می کنند و مجموعه ای از راه حل های نظری را برای تصفیه حالات درهم پیچیده کوانتومی پیشنهاد کرده اند ، اما با فناوری موجود نمی توان به هیچ یک از آنها دست یافت. بعداً ، پان جیانوی و دیگران راه حل نظری تصفیه حالت درهم پیچیده کوانتومی را کشف کردند که با استفاده از فن آوری موجود به صورت آزمایشی امکان پذیر است و در اصل مسئله اساسی ارتباط کوانتومی از راه دور امروزه را حل کرد. این دستاورد تحقیقاتی توسط جامعه علمی بین المللی بسیار ارزیابی شده است و" نامیده می شود ؛ جهشی در تحقیقات ارتباط کوانتومی از راه دور"..