Kvantekommunikasjon

utviklingsprosess

I 1993 fremla CHBennett konseptet kvantekommunikasjon; samme år foreslo 6 forskere fra forskjellige land et opplegg for å realisere kvanteteleportering ved å kombinere klassiske og kvante metoder: overføre den ukjente kvantetilstanden til en partikkel til en annen På et sted er en annen partikkel forberedt til kvantetilstanden, mens den originale partikkel forblir på plass. Den grunnleggende ideen er å dele den opprinnelige informasjonen i to deler: klassisk informasjon og kvanteinformasjon, som overføres til mottakeren gjennom henholdsvis den klassiske kanalen og kvantekanalen. Klassisk informasjon innhentes av avsenderen som utfører en slags måling på det opprinnelige stoffet, og kvanteinformasjon er resten av informasjonen som avsenderen ikke hentet ut under målingen; mottakeren kan forberede den opprinnelige kvantetilstanden etter å ha innhentet disse to typer informasjon Fullstendig reprodusert. I denne prosessen overføres bare kvantetilstanden til det opprinnelige stoffet, ikke selve det opprinnelige stoffet. Avsenderen kan til og med ikke vite noe om denne kvantetilstanden, mens mottakeren setter andre partikler i kvantetilstanden til den opprinnelige saken. I denne ordningen spiller ikke-sammenhengende stater en ekstremt viktig rolle. Kvanteteleportering er ikke bare viktig innen fysikk for folk å forstå og avsløre naturens mystiske lover, men kan også bruke kvantetilstand som informasjonsbærer for å fullføre overføringen av informasjon med stor kapasitet gjennom overføring av kvantetilstand, og oppnå i prinsippet udekrypterbar kvantet konfidensiell kommunikasjon.

I 1997 samarbeidet Pan Jianwei, en ung kinesisk stipendiat som studerte i Østerrike, med den nederlandske forskeren Bomiister og andre for å realisere fjernoverføring av ukjente kvantetilstander for første gang. Dette er første gang i verden at en kvantetilstand vellykket er overført fra et foton i Jorden A til et foton i Jorden B. I eksperimentet var det bare" tilstand" av kvanteinformasjonen blir uttrykt, og selve fotonet som informasjonsbærer blir ikke overført.

I 2012 oppnådde den kinesiske vitenskapsmannen Pan Jianwei og andre de første 100 kilometerne med kvanteteleportering av ledig plass kvantetelefonering og sammenfiltring i verden, og la det tekniske grunnlaget for å lansere verdens første GG-kvote; kvantekommunikasjonssatellitt" ;. Det internasjonale autoritative akademiske tidsskriftet" Nature" magasinet fokuserte på denne bragden 9. august." Vellykket overføring på 100 kilometer på et høyt tapsmark innebærer at overføringsavstanden i lite tapsområde kan nå mer enn 1000 kilometer, og i utgangspunktet løse problemet med overføring av langdistanseinformasjon av kvantekommunikasjonssatellitter." Forskningsteammedlem Peng Chengzhi sa at Quantum Gjennombruddet i kjerneteknologien til kommunikasjonssatellitter viser også at det er teknisk mulig å konstruere et globalt kvantekommunikasjonsnettverk i fremtiden. 9. august ble det internasjonale autoritative akademiske tidsskriftet" Nature" fokusert på denne prestasjonen, og representerer dens generelle anerkjennelse i det internasjonale akademiske samfunnet." Nature" magasinet sa at det er" lovende å bli en milepæl for kvantekommunikasjon på lang avstand" ;," mot et globalt kvantenettverk" ;, European Physical Society nettsted, USA" Science News" magasin og andre spesielle rapporter.

Grunnleggende innhold

Den såkalte kvantekommunikasjonen viser til en ny type kommunikasjonsmetode som bruker kvanteforviklingens effekt for å overføre informasjon. Det er en ny tverrfaglig utvikling utviklet de siste to tiårene og et nytt forskningsfelt som kombinerer kvanteteori og informasjonsteori.

Optisk kvantekommunikasjon er hovedsakelig basert på teorien om kvantefviklede tilstander, ved bruk av kvanteteleportering (overføring) for å oppnå informasjonsoverføring. I henhold til eksperimentell verifisering, uansett hvor langt fra hverandre to partikler med sammenfiltrede tilstander er, så lenge den ene endrer seg, vil den andre også endre seg øyeblikkelig. Prosessen med å bruke denne funksjonen for å realisere optisk kvantekommunikasjon er som følger: et par partikler med sammenfiltrede tilstander er konstruert på forhånd. De to partiklene er plassert på de to sidene av kommunikasjonen, og partiklene med ukjent kvantetilstand og avsenderen' s partikler måles i fellesskap (en operasjon), og mottakeren' s partikler kollapser øyeblikkelig (endring ), og kollapsen (endringen) er i en viss tilstand. Denne tilstanden er symmetrisk med tilstanden til avsenderen' s partikler etter kollaps (endring), og deretter blir måleinformasjonsinformasjonen overført til mottakeren gjennom den klassiske kanalen, og mottakeren utfører enhetlig transformasjon på de kollapsede partikler i henhold til den mottatte informasjonen (tilsvarer I den inverse transformasjonen), kan du få samme ukjente kvantetilstand som avsenderen.

Sammenlignet med optisk kvantekommunikasjon, kan klassisk kommunikasjon ikke sammenlignes med dens sikkerhet og effektivitet. Sikkerhet-kvantekommunikasjon vil aldri" lekke" ;. Nøkkelen til kvantekryptering er tilfeldig. Selv om den blir avlyttet av en stjålet person, kan ikke riktig nøkkel oppnås, slik at informasjonen ikke kan bli sprukket. To partikler med sammenfiltrede tilstander i en' s hånd, kvantetilstanden til en av partiklene endres, kvantetilstanden på den andre siden vil endre seg umiddelbart, og i følge kvanteteorien vil enhver makroskopisk observasjon og interferens umiddelbart endre kvantetilstand, noe som forårsaker at den falt sammen, slik at informasjonen som ble innhentet av stjelerne på grunn av forstyrrelser, er blitt ødelagt, ikke den opprinnelige informasjonen. Effektiv, den ukjente kvantetilstanden som overføres vil være i en sammenfiltret tilstand før den måles, det vil si at den representerer flere tilstander samtidig, for eksempel kan en kvantetilstand representere to tall 0 og 1 samtidig, 7 slike kvantetilstander kan representere 128 samtidig status eller 128 sifre: 0 ~ 127. En slik overføring av optisk kvantekommunikasjon tilsvarer 128 ganger den klassiske kommunikasjonsmetoden. Det kan tenkes at hvis overføringsbåndbredden er 64 bits eller høyere, så vil forskjellen i effektivitet være en forbløffende kraft på 2 til N og høyere.

Her er en ytterligere forklaring av kvanteforviklinger. Kvanteforviklinger kan forstås med" Schrodinger' s katt" ;: når du legger en katt i en boks som inneholder gift, og deretter dekker boksen, etter en stund, spør om katten er død eller i live? Kvantum Svaret på fysikk er: det er både dødt og levende. Noen vil si at du ikke vet om du åpner esken og ser på den. Ja, du vil vite om katten er død eller i live når du åpner esken, men ifølge tolkningen av kvantefysikk: denne døde eller levende tilstanden er resultatet av menneskelig observasjon, det vil si menneskelige makroforstyrrelser gjør katter døde eller levende , ikke den sanne tilstanden når esken er dekket. Tilsvarende har mikroskopiske partikler vært i" død" og" live" sier før de blir" forstyrret" Det kan sies at det både er" 0" og&", 1 GG".

Kvantekommunikasjon har egenskapene til høy effektivitet og absolutt sikkerhet, og det er forskningspotensialet for internasjonal kvantefysikk og informasjonsvitenskap for øyeblikket. For å spore opprinnelsen til kvantekommunikasjon, må vi starte med bevisene for Einstein' s" ghost" ;, kvanteforvikling.

Fordi folk har vært skeptiske til samspillet mellom sammenfiltrede partikler, har fysikere prøvd å bekrefte om denne magiske egenskapen er sann i flere tiår.

I 1982 fullførte den franske fysikeren Alain Aspect og teamet hans et eksperiment som bekreftet eksistensen av fenomenet" kvanteforvikling" av mikroskopiske partikler. Denne konklusjonen har stor innvirkning på det vestlige vitenskapens vanlige verdensbilde. Siden Descartes, Galileo og Newton, mener det vanlige vitenskapelige samfunnets vanlige tenkning at komponentene i universet er uavhengige av hverandre, og samspillet mellom dem er begrenset av rom og tid (det vil si lokalisert). Kvanteforvikling bekrefter eksistensen av Einstein' s spøkelsesspøkende handling på avstand. Det viser at mellom to stoffer, uansett hvor langt borte, de kan påvirke hverandre og ikke påvirkes av firedimensjonal romtid. Begrensning er ikke-lokal, og universet har dype indre forbindelser i verden.

På grunnlag av kvanteinnviklingensteori foreslo den amerikanske forskeren CH Bennett i 1993 konseptet kvantekommunikasjon (Quantum Teleportation). Kvantekommunikasjon er en kommunikasjonsmetode som bærer informasjon etter kvantetilstander. Den bruker prinsippet om kvanteforvikling av elementære partikler som fotoner for å implementere en sikker kommunikasjonsprosess. Innføringen av konseptet kvantekommunikasjon gjorde at Einstein' s" nifs" kvantitetsforviklinger fordel begynte å virkelig utøve sin sanne kraft.

I 1993, etter at Bennett foreslo konseptet med kvantekommunikasjon, foreslo seks forskere fra forskjellige land, basert på teorien om kvanteforvikling, bruk av klassiske og kvante metoder for å oppnå kvanteteleportering, det vil si den ukjente kvanten av en partikkel Staten blir overført til et annet sted, og en annen partikkel blir forberedt til kvantetilstanden, og den opprinnelige partikkelen forblir på plass. Dette er den opprinnelige grunnleggende ordningen for kvantekommunikasjon. Kvanteteleportering er ikke bare viktig innen fysikk for mennesker å forstå og avsløre naturens mystiske lover, men kan også bruke kvantetilstander som informasjonsbærere for å fullføre overføringen av informasjon med stor kapasitet gjennom overføring av kvantetilstander for å oppnå kvante ubeskrivelig i prinsippet. Fortrolig kommunikasjon.

I 1997 samarbeidet den kinesiske unge forskeren Pan Jianwei som studerte i Østerrike med den nederlandske forskeren Bomiister og andre for å realisere fjernoverføring av ukjente kvantetilstander for første gang. Dette er første gang i verden at en kvantetilstand vellykket er overført fra et foton i Jorden A til et foton i Jorden B. I eksperimentet var det bare" tilstand" av kvanteinformasjonen blir uttrykt, og selve fotonet som informasjonsbærer overføres ikke.

Etter mer enn 20 års utvikling har disiplinen for kvantekommunikasjon gradvis flyttet fra teori til eksperiment og praktisk utvikling. Hovedfeltene som er involvert inkluderer: kvantekryptografikommunikasjon, fjernteleportering av kvante og kvantetett koding.

Kvantekommunikasjonssystemer er delt inn i to kategorier avhengig av om informasjonen de sender er klassisk eller kvant. Førstnevnte brukes hovedsakelig for overføring av kvantenøkler, mens sistnevnte kan brukes til distribusjon av kvante teleportering og kvanteforvikling. Den såkalte usynlige transmisjonen refererer til en slags" komplett" informasjonsoverføring som er atskilt fra den virkelige tingen. Fra fysikkens perspektiv kan prosessen med usynlig overføring forestilles som følger: først trekk ut all informasjonen til originalen, og deretter overføre informasjonen til mottaksstedet, og mottakeren velger den samme basisenheten som utgjør originalen basert på informasjonen, og produserer en perfekt kopi av originalen. Imidlertid tillater ikke usikkerhetsprinsippet i kvantemekanikk nøyaktig utvinning av all informasjon om originalen, og denne kopien kan ikke være perfekt. Så lenge var teleportering bare fantasi.

I 1993 foreslo seks forskere fra forskjellige land en ordning som bruker klassiske og kvantemetoder for å oppnå kvante teleportering: å overføre den ukjente kvantetilstanden til en partikkel til et annet sted og forberede en annen partikkel til På kvantetilstanden forblir de originale partiklene på plass . Den grunnleggende ideen er å dele den opprinnelige informasjonen i to deler: klassisk informasjon og kvanteinformasjon, som overføres til mottakeren gjennom henholdsvis den klassiske kanalen og kvantekanalen. Klassisk informasjon innhentes av avsenderen som foretar en viss måling av det opprinnelige stoffet, og kvanteinformasjon er resten av informasjonen som avsenderen ikke hentet ut i målingen; etter at mottakeren har fått disse to typer informasjon, kan den opprinnelige kvantetilstanden utarbeides fullstendig kopi. I denne prosessen overføres bare kvantetilstanden til det opprinnelige stoffet, ikke selve det opprinnelige stoffet. Avsenderen kan til og med ikke vite noe om denne kvantetilstanden, mens mottakeren setter andre partikler i den opprinnelige kvantetilstanden.

I denne ordningen spiller ikke sammensvergede staters lokalitet en avgjørende rolle. Kvantemekanikk er en ikke-lokal teori, som er bekreftet av eksperimentelle resultater som krenker Bell' s ulikhet. Derfor viser kvantemekanikk mange kontraintuitive effekter. I kvantemekanikk kan to partikkeltilstander utarbeides på en slik måte at forholdet mellom dem ikke klassisk kan forklares. En slik tilstand kalles en viklet tilstand. Kvanteforviklinger refererer til samspillet mellom to eller flere kvantesystemer Ikke-lokal ikke-klassisk assosiasjon. Kvanteteportering er ikke bare ekstremt viktig for folk å forstå og avsløre de mystiske naturlovene innen fysikk, men kan også bruke kvantetilstand som en informasjonsbærer for å realisere overføring av informasjon med stor kapasitet gjennom overføring av kvantetilstand, som i prinsippet er ubeskrivelig. Kvantumkonfidensiell kommunikasjon.

I 1997 samarbeidet Pan Jianwei, en ung kinesisk forsker som studerte i Østerrike, og den nederlandske forskeren Bomiister, etc., for første gang for å realisere overføringen på lang avstand av ukjente kvantetilstander. Dette er første gang i verden at en kvantetilstand har blitt overført fra en foton i Jorden A til en foton i Jorden B. Det som ble overført i eksperimentet var bare å uttrykke" state" av kvanteinformasjon, og selve fotonet som informasjonsbærer ble ikke overført. Snart har Pan Jianwei og hans samarbeidspartnere gjort nye gjennombrudd i studien om hvordan man kan rense kvantesviklede tilstander av høy kvalitet. For teleportering av kvantetilstander over lange avstander, er det ofte nødvendig å la to fjerne steder dele den største kvanteindviklede tilstanden på forhånd. På grunn av forskjellige uunngåelige miljømessige støy vil imidlertid kvaliteten på kvantefviklede tilstander bli verre og dårligere etter hvert som transmisjonsavstanden øker. Derfor, hvordan å rense kvantefanget tilstander av høy kvalitet er et viktig tema i kvantekommunikasjonsforskning for øyeblikket.

Mange internasjonale forskningsgrupper jobber med dette emnet, og har foreslått en serie teoretiske løsninger for rensing av kvantefviklede tilstander, men ingen av dem kan oppnås med eksisterende teknologi. Senere oppdaget Pan Jianwei og andre den teoretiske løsningen av kvantevanglet tilstandsrensing som er eksperimentelt gjennomførbar ved bruk av eksisterende teknologi, og løste i prinsippet det grunnleggende problemet med kvantekommunikasjon over lang avstand i dag. Denne forskningsprestasjonen har blitt høyt evaluert av det internasjonale vitenskapelige samfunnet og kalles" et sprang i langdistanse kvantekommunikasjonsforskning" ;.