Komunikasi Kuantum

proses pembangunan

Pada tahun 1993, CHBennett mengemukakan konsep komunikasi kuantum; pada tahun yang sama, 6 saintis dari pelbagai negara mencadangkan skema untuk merealisasikan teleportasi kuantum dengan menggabungkan kaedah klasik dan kuantum: memindahkan keadaan kuantum zarah yang tidak diketahui ke tempat lain Di satu tempat, zarah lain disiapkan ke keadaan kuantum, sementara asalnya zarah tetap di tempatnya. Idea asasnya adalah untuk membahagikan maklumat asal kepada dua bahagian: maklumat klasik dan maklumat kuantum, yang masing-masing dihantar ke penerima melalui saluran klasik dan saluran kuantum. Maklumat klasik diperoleh oleh pengirim yang melakukan semacam pengukuran pada bahan asal, dan maklumat kuantum adalah sisa maklumat yang tidak diekstrak oleh pengirim semasa pengukuran; penerima dapat menyiapkan keadaan kuantum asal setelah memperoleh dua jenis maklumat ini Dihasilkan sepenuhnya. Dalam proses ini, hanya keadaan kuantum bahan asal yang dihantar, bukan bahan asal itu sendiri. Pengirim bahkan tidak mengetahui apa-apa mengenai keadaan kuantum ini, sementara penerima meletakkan zarah lain dalam keadaan kuantum perkara asal. Dalam skema ini, keadaan bukan daerah yang terjerat memainkan peranan yang sangat penting. Teleportasi kuantum tidak hanya penting dalam bidang fizik bagi orang untuk memahami dan mengungkapkan undang-undang alam yang misterius, tetapi juga dapat menggunakan keadaan kuantum sebagai pembawa maklumat untuk menyelesaikan penghantaran maklumat berkapasiti besar melalui transmisi keadaan kuantum, mencapai pada asasnya komunikasi sulit Quantum yang tidak dapat difahami.

Pada tahun 1997, Pan Jianwei, seorang sarjana muda Cina yang belajar di Austria, bekerjasama dengan sarjana Belanda Bomiister dan yang lain untuk mewujudkan penyebaran jauh dari negara-negara kuantum yang tidak diketahui untuk pertama kalinya. Ini adalah pertama kalinya di dunia bahawa keadaan kuantum berjaya dipindahkan dari foton di Bumi A ke foton di Bumi B. Dalam eksperimen, hanya" state" maklumat kuantum dinyatakan, dan foton itu sendiri sebagai pembawa maklumat tidak dihantar.

Pada tahun 2012, saintis China Pan Jianwei dan yang lain berjaya mencapai teleportasi kuantum ruang bebas 100 kilometer pertama dan pengedaran keterlibatan di dunia, meletakkan asas teknikal untuk melancarkan "GG satelit satelit kuantum" pertama GG; Jurnal akademik berwibawa antarabangsa" Nature" majalah memfokuskan pada pencapaian ini pada 9 Ogos." Penghantaran yang berjaya sejauh 100 kilometer di landasan kehilangan tinggi bermaksud jarak penghantaran di ruang kehilangan rendah dapat mencapai lebih dari 1,000 kilometer, pada dasarnya menyelesaikan masalah penghantaran maklumat jarak jauh satelit komunikasi kuantum." Anggota pasukan penyelidik Peng Chengzhi mengatakan bahawa Quantum Terobosan dalam teknologi teras satelit komunikasi juga menunjukkan bahawa secara teknikalnya layak untuk membina rangkaian komunikasi kuantum global di masa depan. Pada 9 Ogos, jurnal akademik berwibawa antarabangsa" Nature" tertumpu pada pencapaian ini, mewakili pengiktirafan umum dalam komuniti akademik antarabangsa." Alam" majalah mengatakan bahawa ia adalah&"; menjanjikan untuk menjadi tonggak komunikasi kuantum jarak jauh GG";&"; menuju rangkaian kuantum global GG", laman web Persatuan Fizikal Eropah,&Amerika Syarikat "Science News&petikan; majalah dan laporan khas lain.

Isi asas

Komunikasi kuantum yang disebut merujuk kepada kaedah komunikasi jenis baru yang menggunakan kesan keterikatan kuantum untuk menghantar maklumat. Ini adalah pengembangan interdisipliner baru yang dikembangkan dalam dua dekad terakhir dan bidang penyelidikan baru yang menggabungkan teori kuantum dan teori maklumat.

Komunikasi kuantum optik terutama berdasarkan teori keadaan terjerat kuantum, menggunakan teleportasi kuantum (penghantaran) untuk mencapai pemindahan maklumat. Menurut pengesahan eksperimen, tidak kira seberapa jauh dua zarah dengan keadaan terjerat, selagi satu berubah, yang lain juga akan berubah seketika. Proses menggunakan ciri ini untuk mewujudkan komunikasi kuantum optik adalah seperti berikut: sepasang zarah dengan keadaan terjerat dibina terlebih dahulu. Kedua-dua zarah diletakkan di dua sisi komunikasi, dan zarah-zarah dengan keadaan kuantum yang tidak diketahui dan zarah pengirim&# 39 diukur bersama (satu operasi), dan zarah penerima&# 39 seketika runtuh (perubahan ), dan keruntuhan (perubahan) berada dalam keadaan tertentu. Keadaan ini simetris dengan keadaan zarah pengirim' setelah runtuh (perubahan), dan kemudian maklumat pengukuran bersama dihantar ke penerima melalui saluran klasik, dan penerima melakukan transformasi kesatuan pada zarah yang runtuh maklumat yang diterima (setara dengan Dalam transformasi songsang), anda boleh mendapatkan keadaan kuantum yang tidak diketahui yang sama dengan pengirim.

Berbanding dengan komunikasi kuantum optik, komunikasi klasik tidak dapat dibandingkan dengan keselamatan dan kecekapannya. Keselamatan-komunikasi Quantum tidak akan" kebocoran" ;. Kunci penyulitan kuantum adalah rawak. Walaupun ia dicegat oleh orang yang dicuri, kunci yang betul tidak dapat diperoleh, jadi maklumat itu tidak dapat dipecahkan. Dua zarah dengan keadaan terjerat di satu tangan&# 39, keadaan kuantum salah satu zarah berubah, keadaan kuantum sisi lain akan segera berubah, dan menurut teori kuantum, setiap pemerhatian dan gangguan makroskopik akan segera mengubah keadaan kuantum, menyebabkannya runtuh, jadi maklumat yang diperoleh oleh pencuri kerana gangguan telah musnah, bukan maklumat asalnya. Cekap, keadaan kuantum yang tidak diketahui yang dihantar akan berada dalam keadaan terjerat sebelum diukur, iaitu, ia mewakili beberapa keadaan pada masa yang sama, misalnya, keadaan kuantum dapat mewakili dua nombor 0 dan 1 pada masa yang sama, 7 keadaan kuantum sedemikian boleh mewakili 128 Status serentak atau 128 digit: 0 ~ 127. Penghantaran komunikasi kuantum optik seperti ini sama dengan 128 kali kaedah komunikasi klasik. Boleh dibayangkan bahawa jika lebar jalur transmisi 64 bit atau lebih tinggi, maka perbezaan kecekapan akan menjadi kekuatan yang menakjubkan dari 2 hingga N, dan lebih tinggi.

Berikut adalah penjelasan lebih lanjut mengenai keterlibatan kuantum. Penjeratan kuantum dapat difahami dengan" Schrodinger' s cat" ;: ketika anda meletakkan kucing di dalam kotak berisi racun, dan kemudian menutup kotak tersebut, setelah beberapa lama, tanyakan apakah kucing itu mati atau masih hidup? Quantum Jawapan untuk fizik adalah: ia mati dan masih hidup. Beberapa orang akan mengatakan bahawa anda tidak tahu sama ada anda membuka kotak itu dan melihatnya. Ya, anda akan tahu sama ada kucing itu mati atau hidup semasa anda membuka kotak itu, tetapi menurut tafsiran fizik kuantum: keadaan mati atau hidup ini adalah hasil pemerhatian manusia, iaitu, gangguan makro manusia menjadikan kucing mati atau hidup , bukan keadaan sebenar semasa kotak ditutup. Begitu juga, zarah mikroskopik telah berada di" mati" dan" live" menyatakan sebelum menjadi"&terganggu; Boleh dikatakan bahawa kedua-duanya adalah" 0" dan" 1" ;.

Komunikasi kuantum mempunyai ciri-ciri kecekapan tinggi dan keselamatan mutlak, dan ini adalah tempat penyelidikan sains fizik kuantum dan sains maklumat pada masa ini. Untuk mengesan asal-usul komunikasi kuantum, kita harus mulai dengan bukti Einstein' s&"; hantu GG";, keterlibatan kuantum.

Oleh kerana orang telah ragu-ragu mengenai interaksi antara zarah-zarah yang terjerat, ahli fizik telah berusaha untuk mengesahkan sama ada harta ajaib ini benar selama beberapa dekad.

Pada tahun 1982, ahli fizik Perancis Alain Aspect dan pasukannya berjaya menyelesaikan eksperimen yang mengesahkan adanya fenomena GG; quantum entanglement" zarah mikroskopik. Kesimpulan ini Ia memberi kesan besar kepada pandangan dunia arus utama sains Barat. Sejak Descartes, Galileo, dan Newton, pemikiran arus perdana masyarakat ilmiah Barat percaya bahawa komponen-komponen alam semesta saling bergantung antara satu sama lain, dan interaksi di antara mereka dibatasi oleh ruang dan waktu (iaitu, dilokalkan). Penjeratan kuantum mengesahkan kewujudan aksi hantu Einstein&# 39 di kejauhan. Ini membuktikan bahawa di antara kedua-dua bahan, tidak kira seberapa jauh, bahan tersebut boleh saling mempengaruhi dan tidak dipengaruhi oleh ruang-waktu empat dimensi. Kekangan tidak bersifat tempatan, dan alam semesta mempunyai hubungan dalaman yang mendalam di dunia.

Berdasarkan teori keterlibatan kuantum, pada tahun 1993, saintis Amerika CH Bennett mengusulkan konsep komunikasi kuantum (Quantum Teleportation). Komunikasi kuantum adalah kaedah komunikasi yang membawa maklumat mengikut keadaan kuantum. Ia menggunakan prinsip keterikatan kuantum unsur zarah seperti foton untuk melaksanakan proses komunikasi yang selamat. Pengenalan konsep komunikasi kuantum menjadikan Einstein' s GG; spooky GG;

Pada tahun 1993, setelah Bennett mengusulkan konsep komunikasi kuantum, enam saintis dari berbagai negara, berdasarkan teori keterikatan kuantum, mengusulkan penggunaan kaedah klasik dan kuantum untuk mencapai teleportasi kuantum, iaitu kuantum partikel yang tidak diketahui dipindahkan ke tempat lain, dan zarah lain disiapkan ke keadaan kuantum, dan zarah asal tetap di tempatnya. Ini adalah skema asas asas komunikasi kuantum. Teleportasi kuantum tidak hanya penting dalam bidang fizik bagi orang untuk memahami dan mendedahkan undang-undang alam yang misterius, tetapi juga dapat menggunakan keadaan kuantum sebagai pembawa maklumat untuk menyelesaikan penghantaran maklumat berkapasiti besar melalui penghantaran keadaan kuantum untuk mencapai kuantum tidak dapat ditentukan secara prinsip. Komunikasi sulit.

Pada tahun 1997, sarjana muda China Pan Jianwei yang belajar di Austria bekerjasama dengan sarjana Belanda Bomiister dan yang lain untuk merealisasikan penyebaran jauh dari negara-negara kuantum yang tidak diketahui untuk pertama kalinya. Ini adalah pertama kalinya di dunia bahawa keadaan kuantum berjaya dipindahkan dari foton di Bumi A ke foton di Bumi B. Dalam eksperimen, hanya" state" maklumat kuantum dinyatakan, dan foton itu sendiri sebagai pembawa maklumat tidak dihantar.

Setelah lebih dari 20 tahun pembangunan, disiplin komunikasi kuantum secara beransur-ansur beralih dari teori ke eksperimen dan pengembangan praktikal. Bidang utama yang terlibat merangkumi: komunikasi kriptografi kuantum, teleportasi jarak jauh kuantum, dan pengkodan padat kuantum.

Sistem komunikasi kuantum dibahagikan kepada dua kategori mengikut sama ada maklumat yang mereka sampaikan bersifat klasik atau kuantum. Yang pertama terutama digunakan untuk pengiriman kunci kuantum, sementara yang pertama dapat digunakan untuk pengedaran teleportasi kuantum dan keterlibatan kuantum. Penghantaran yang tidak kelihatan merujuk kepada sejenis"&lengkap; penghantaran maklumat yang terpisah dari perkara sebenar. Dari perspektif fizik, proses penghantaran yang tidak dapat dilihat dapat dibayangkan seperti berikut: pertama mengekstrak semua maklumat yang asli, dan kemudian menghantar maklumat ke tempat penerima, dan penerima memilih unit asas yang sama yang membentuk yang asli berdasarkan maklumat itu, dan menghasilkan replika yang asli dari yang asli. Walau bagaimanapun, prinsip ketidakpastian mekanik kuantum tidak membenarkan pengekstrakan tepat semua maklumat yang asli, dan replika ini tidak sempurna. Jadi untuk masa yang lama, teleportasi hanyalah khayalan.

Pada tahun 1993, enam saintis dari pelbagai negara mencadangkan skema yang menggunakan kaedah klasik dan kuantum untuk mencapai teleportasi kuantum: untuk memindahkan keadaan kuantum zarah yang tidak dikenali ke tempat lain dan menyediakan zarah lain ke keadaan kuantum, zarah-zarah asal tetap ada . Idea asasnya adalah untuk membahagikan maklumat asal kepada dua bahagian: maklumat klasik dan maklumat kuantum, yang masing-masing dihantar ke penerima melalui saluran klasik dan saluran kuantum. Maklumat klasik diperoleh oleh pengirim yang mengambil ukuran tertentu dari bahan asalnya, dan maklumat kuantum adalah maklumat selebihnya yang tidak diambil oleh pengirim dalam pengukuran; setelah penerima memperoleh dua jenis maklumat ini, keadaan kuantum asal dapat disiapkan sepenuhnya replika. Dalam proses ini, hanya keadaan kuantum bahan asal yang dihantar, bukan bahan asal itu sendiri. Pengirim bahkan tidak mengetahui apa-apa mengenai keadaan kuantum ini, sementara penerima meletakkan zarah lain dalam keadaan kuantum yang asal.

Dalam skema ini, negara-negara yang tidak terjejas memainkan peranan penting. Mekanika kuantum adalah teori bukan tempatan, yang telah disahkan oleh hasil eksperimen yang melanggar ketaksamaan Bell' Oleh itu, mekanik kuantum menunjukkan banyak kesan kontra-intuitif. Dalam mekanik kuantum, dua keadaan zarah dapat disiapkan sedemikian rupa sehingga hubungan antara mereka tidak dapat dijelaskan secara klasik. Keadaan seperti itu disebut keadaan terjerat. Penjeratan kuantum merujuk kepada interaksi antara dua atau lebih sistem kuantum Persatuan bukan klasik bukan tempatan. Teleportasi kuantum tidak hanya sangat penting bagi orang untuk memahami dan mengungkapkan undang-undang alam misterius dalam bidang fizik, tetapi juga dapat menggunakan keadaan kuantum sebagai pembawa maklumat untuk merealisasikan penyebaran maklumat dengan kapasiti besar melalui transmisi keadaan kuantum, yang tidak dapat difahami secara prinsip. Komunikasi sulit kuantum.

Pada tahun 1997, Pan Jianwei, seorang sarjana muda Cina yang belajar di Austria, dan sarjana Belanda Bomiister, dan lain-lain, bekerjasama untuk pertama kalinya untuk mewujudkan penghantaran jarak jauh dari negara-negara kuantum yang tidak diketahui. Ini adalah pertama kalinya di dunia bahawa keadaan kuantum berjaya dipindahkan dari foton di Bumi A ke foton di Bumi B. Apa yang dihantar dalam eksperimen ini hanyalah untuk menyatakan GG; state" maklumat kuantum, dan foton itu sendiri sebagai pembawa maklumat tidak dihantar. Tidak lama kemudian, Pan Jianwei dan kolaboratornya telah membuat terobosan baru dalam kajian tentang bagaimana menyucikan keadaan terjerat kuantum berkualiti tinggi. Untuk teleportasi keadaan kuantum dalam jarak jauh, selalunya diperlukan untuk membiarkan dua tempat yang jauh untuk berkongsi keadaan terjerat kuantum terbesar terlebih dahulu. Namun, disebabkan oleh pelbagai kebisingan alam sekitar yang tidak dapat dielakkan, kualiti keadaan yang terjerat kuantum akan menjadi semakin buruk ketika jarak transmisi meningkat. Oleh itu, bagaimana menyucikan keadaan terjerat kuantum berkualiti tinggi adalah masalah penting dalam penyelidikan komunikasi kuantum pada masa ini.

Banyak kumpulan penyelidikan antarabangsa yang mengusahakan perkara ini, dan telah mengusulkan serangkaian penyelesaian teoritis untuk pemurnian keadaan terjerat kuantum, tetapi tidak ada yang dapat dicapai dengan teknologi yang ada. Kemudian, Pan Jianwei dan yang lain menemui penyelesaian teoritis pemurnian keadaan terjerat kuantum yang dapat dilaksanakan secara eksperimen dengan menggunakan teknologi yang ada, dan pada prinsipnya menyelesaikan masalah asas komunikasi kuantum jarak jauh pada masa kini. Pencapaian penyelidikan ini telah dinilai tinggi oleh komuniti saintifik antarabangsa dan disebut" lompatan dalam penyelidikan komunikasi kuantum jarak jauh" ;.