Comunicació quàntica

procés de desenvolupament

El 1993, CHBennett va plantejar el concepte de comunicació quàntica; el mateix any, 6 científics de diferents països van proposar un esquema per realitzar la teleportació quàntica combinant mètodes clàssics i quàntics: transferir l’estat quàntic desconegut d’una partícula a un altre lloc, una altra partícula està preparada a l’estat quàntic, mentre que l’original. restes de partícules al seu lloc. La idea bàsica és dividir la informació original en dues parts: informació clàssica i informació quàntica, que es transmeten al receptor a través del canal clàssic i del canal quàntic respectivament. La informació clàssica l’obté l’emissor que realitza algun tipus de mesura sobre la substància original, i la informació quàntica és la resta de la informació que l’enviador no va extreure durant la mesura; el receptor pot preparar l'estat quàntic original després d'obtenir aquests dos tipus d'informació completament reproduïda. En aquest procés, només es transmet l'estat quàntic de la substància original, no la substància original en si mateixa. L’emissor fins i tot no pot saber res sobre aquest estat quàntic, mentre que el receptor posa altres partícules en l’estat quàntic de la matèria original. En aquest esquema, hi té un paper extremadament important la no localitat dels estats enredats. La teleportació quàntica no només és important en el camp de la física perquè les persones entenguin i revelin les misterioses lleis de la naturalesa, sinó que també poden utilitzar l’estat quàntic com a portador d’informació per completar la transmissió d’informació de gran capacitat mitjançant la transmissió d’estat quàntic, aconseguint. en principi, la comunicació confidencial quàntica indescriptible.

L’any 1997, Pan Jianwei, un jove estudiós xinès que estudia a Àustria, va col·laborar amb l’erudit holandès Bomiister i d’altres per realitzar la transmissió remota d’estats quàntics desconeguts per primera vegada. Aquesta és la primera vegada al món que un estat quàntic s'ha transferit amb èxit des d'un fotó a la Terra A a un fotó a la Terra B. A l'experiment, només hi ha sigut el quat GG; de la informació quàntica s’expressa i el fotó mateix com a portador d’informació no es transmet.

L’any 2012, el científic xinès Pan Jianwei i d’altres van assolir amb èxit els primers 100 quilòmetres de teleportació quàntica espacial lliure i distribució d’entrebancs al món, posant les bases tècniques per a llançar la primera quota mundial de GG; la comunicació quàntica satèl·lit" ;. La revista acadèmica autoritària internacional GG, Nature GG, quot; La revista es va centrar en aquest assoliment el 9 d’agost. Quota GG; la transmissió amb èxit de 100 quilòmetres en un terreny de gran pèrdua significa que la distància de transmissió a l’espai de pèrdues baixes pot arribar a superar els 1.000 quilòmetres, resolent bàsicament el problema de la transmissió d’informació de llarga distància. de satèl·lits de comunicació quàntics." El membre de l’equip de recerca, Peng Chengzhi, va dir que Quantum L’avanç en la tecnologia bàsica dels satèl·lits de comunicació també demostra que és possible tècnicament la construcció d’una xarxa de comunicació quàntica global en el futur. El 9 d'agost, la revista acadèmica autoritària internacional GG, Nature GG, quot; centrat en aquest èxit, que representa el seu reconeixement general a la comunitat acadèmica internacional." Nature" la revista va dir que es tracta de GG; promet convertir-se en una fita de la comunicació quàntica de llarga distància" ;," cap a una xarxa quàntica global" quot; revista i altres informes especials.

Continguts fonamentals

L’anomenada comunicació quàntica es refereix a un nou tipus de mètode de comunicació que utilitza l’efecte d’enredament quàntic per transmetre informació. És un nou desenvolupament interdisciplinari desenvolupat en les dues darreres dècades i un nou camp de recerca que combina la teoria quàntica i la informació.

La comunicació quàntica òptica es basa principalment en la teoria dels estats quàntics enredats, utilitzant la teleportació quàntica (transmissió) per aconseguir la transferència d'informació. Segons la verificació experimental, independentment de quina distància es troben dues partícules amb estats enredats, sempre que una canviï, l'altra també canviarà instantàniament. El procés d'utilització d'aquesta característica per realitzar una comunicació quàntica òptica és el següent: un parell de partícules amb estats enredats es construeixen prèviament. Les dues partícules es col·loquen a les dues cares de la comunicació i les partícules amb estat quàntic desconegut i les partícules del remitent' es mesuren conjuntament (una operació) i les partícules del receptor' es col·lapsen instantàniament (canvi ) i el col·lapse (canvi) es troba en un estat determinat. Aquest estat és simètric amb l'estat de les partícules del remitent' s després del col·lapse (canvi) i, a continuació, la informació de mesura conjunta es transmet al receptor a través del canal clàssic, i el receptor realitza una transformació unitària sobre les partícules col·lapsades segons la informació rebuda (equivalent a En la transformació inversa), podeu obtenir el mateix estat quàntic desconegut que l’emissor.

En comparació amb la comunicació quàntica òptica, la comunicació clàssica no es pot comparar amb la seva seguretat i eficiència. La comunicació quàntica de seguretat no farà mai" la filtració" ;. La clau del xifrat quàntic és aleatòria. Fins i tot si és interceptada per una persona robada, no es pot obtenir la clau correcta, de manera que la informació no es pot crackar. Dues partícules amb estats enredats en una mà' l’estat quàntic d’una de les partícules canvia, l’estat quàntic de l’altra banda canviarà immediatament i, segons la teoria quàntica, qualsevol observació i interferència macroscòpica canviarà immediatament la estat quàntic, provocant que es col·lapsi, de manera que s’ha destruït la informació obtinguda pels robadors a causa de la interferència, no pas la informació original. Eficient, l’estat quàntic desconegut que es transmetrà estarà en un estat enredat abans de ser mesurat, és a dir, representa múltiples estats alhora, per exemple, un estat quàntic pot representar dos números 0 i 1 al mateix temps, 7 aquests estats quàntics poden representar 128 simultàniament Estat o 128 dígits: 0 ~ 127. Aquesta transmissió de la comunicació quàntica òptica equival a 128 vegades del mètode de comunicació clàssic. És concebible que si l’ample de banda de transmissió sigui de 64 bits o superior, la diferència d’eficiència serà una potència sorprenent de 2 a N i superior.

A continuació s’explica més l’enredament quàntic. Es pot entendre l’enredament quàntic amb" Schrodinger' s gat" ;: quan poseu un gat en una caixa que conté verí i, després, cobriu la caixa, al cap d’un temps, pregunteu si el gat està mort o viu? Quantum La resposta a la física és: està morta i viva. Hi ha qui dirà que no saps si obre la caixa i la mira. Sí, sabreu si el gat està mort o viu quan obriu la caixa, però segons la interpretació de la física quàntica: aquest estat mort o viu és el resultat de l’observació humana, és a dir, que les molèsties macro macro facin que els gats siguin morts o vius , no el veritable estat quan la caixa està coberta. De la mateixa manera, les partícules microscòpiques han estat en la GG; mort" i" live" afirma abans de ser" pertorba" Es pot dir que és tant&com 0" i" 1 GG;

La comunicació quàntica té les característiques d’alta eficàcia i seguretat absoluta i és el punt de recerca de la física quàntica internacional i la ciència de la informació en aquest moment. Per rastrejar l’origen de la comunicació quàntica, hem de començar per l’evidència d’Einstein' s" fantasma", enredament quàntic.

Com que la gent ha estat escèptica sobre la interacció entre partícules enredades, els físics intenten comprovar si aquesta propietat màgica és certa durant dècades.

El 1982, el físic francès Alain Aspect i el seu equip van completar amb èxit un experiment que va confirmar l'existència del fenomen de" entanglement quàntic" de partícules microscòpiques. Aquesta conclusió Té un impacte important en la visió del món de la ciència occidental. Des de Descartes, Galileu i Newton, el pensament principal de la comunitat científica occidental creu que els components de l’univers són independents els uns dels altres i la interacció entre ells està limitada per l’espai i el temps (és a dir, localitzats). L’enredament quàntic confirma l’existència d’acció fantasmagòrica d’Einstein' a distància. Demostra que entre dues substàncies, per molt que siguin, poden afectar-se mútuament i no es veuen afectades per l’espai-temps en quatre dimensions. La restricció no és local i l'univers té connexions internes profundes al món.

Basant-se en la teoria de l’enredament quàntic, el 1993, el científic nord-americà CH Bennett va proposar el concepte de comunicació quàntica (Quantum Teleportation). La comunicació quàntica és un mètode de comunicació que porta informació per estats quàntics. Utilitza el principi d’enredament quàntic de partícules elementals com fotons per implementar un procés de comunicació segur. La introducció del concepte de comunicació quàntica va fer que Einstein' s" fantasmagòric GG; -quantum benefici d'enredament comencés a exercir realment el seu veritable poder.

El 1993, després que Bennett proposés el concepte de comunicació quàntica, sis científics de diferents països, basats en la teoria de l’enredament quàntic, van proposar l’ús de mètodes clàssics i quàntics per aconseguir la teleportació quàntica, és a dir, el quàntic desconegut d’una partícula de l’estat. es transfereix a un altre lloc i es prepara una altra partícula a l'estat quàntic i la partícula original es manté al seu lloc. Aquest és l’esquema bàsic original de la comunicació quàntica. La teleportació quàntica no només és important en el camp de la física perquè les persones entenguin i revelin les misterioses lleis de la naturalesa, sinó que també poden utilitzar els estats quàntics com a portadors d'informació per completar la transmissió d'informació de gran capacitat mitjançant la transmissió d'estats quàntics per aconseguir quàntics. en principi indecible. Comunicació confidencial.

L’any 1997, el jove estudiós xinès Pan Jianwei que va estudiar a Àustria va cooperar amb l’erudit holandès Bomiister i d’altres per realitzar la transmissió remota d’estats quàntics desconeguts per primera vegada. Aquesta és la primera vegada al món que un estat quàntic s'ha transferit amb èxit des d'un fotó a la Terra A a un fotó a la Terra B. A l'experiment, només hi ha sigut el quat GG; de la informació quàntica s’expressa i el fotó mateix com a portador d’informació no es transmet.

Després de més de vint anys de desenvolupament, la disciplina de la comunicació quàntica ha passat gradualment de la teoria a l’experimentació i el desenvolupament pràctic. Els camps principals implicats són: comunicació de criptografia quàntica, teleportació quàntica a distància i codificació densa quàntica.

Els sistemes de comunicació quàntics es divideixen en dues categories segons si la informació que transmeten és clàssica o quàntica. La primera s’utilitza principalment per a la transmissió de claus quàntiques, mentre que la segona es pot utilitzar per a la distribució de teleportació quàntica i l’enredament quàntic. L’anomenada transmissió invisible es refereix a una mena de quot de GG; quot complet de GG; transmissió d'informació separada de la cosa real. Des de la perspectiva de la física, el procés de transmissió invisible es pot imaginar de la manera següent: primer extreure tota la informació de l’original i, a continuació, transmetre la informació al lloc receptor, i el receptor selecciona la mateixa unitat bàsica que constitueix l’original en funció de la informació i fabrica una rèplica perfecta de l'original. Tot i això, el principi d’incertesa de la mecànica quàntica no permet extreure amb precisió tota la informació de l’original, i aquesta rèplica no pot ser perfecta. Així que durant molt de temps, la teleportació no era més que una fantasia.

El 1993, sis científics de diferents països van proposar un esquema que utilitza mètodes clàssics i quàntics per aconseguir la teleportació quàntica: transferir l’estat quàntic no reconegut d’una partícula a un altre lloc i preparar una altra partícula a l’estat quàntic, les partícules originals romanen al seu lloc. . La idea bàsica és dividir la informació original en dues parts: informació clàssica i informació quàntica, que es transmeten al receptor a través del canal clàssic i del canal quàntic respectivament. La informació clàssica l’obté l’enviador prenent una determinada mesura de la substància original, i la informació quàntica és la resta de la informació que l’enviador no va extreure en la mesura; després que el receptor hagi obtingut aquests dos tipus d'informació, l'estat quàntic original es pot preparar amb una rèplica completa. En aquest procés, només es transmet l'estat quàntic de la substància original, no la substància original en si mateixa. L'emissor fins i tot no pot saber res sobre aquest estat quàntic, mentre que el receptor posa altres partícules en l'estat quàntic original.

En aquest esquema, hi té un paper crucial la no localitat dels estats enredats. La mecànica quàntica és una teoria no local, confirmada per resultats experimentals que violen la desigualtat de Bell' Per tant, la mecànica quàntica presenta molts efectes contraintuïts. En la mecànica quàntica, es poden preparar dos estats de partícules de manera que la relació entre ells no es pugui explicar clàssicament. Aquest estat es diu estat enredat. L’enredament quàntic es refereix a la interacció entre dos o més sistemes quàntics Associació no clàssica no local. La teleportació quàntica no només és extremadament important perquè les persones entenguin i revelin les misterioses lleis de la natura en el camp de la física, sinó que també poden utilitzar l’estat quàntic com a portador d’informació per realitzar la transmissió d’informació de gran capacitat mitjançant la transmissió d’estat quàntic, que és, en principi, indefugible. Comunicació confidencial quàntica.

El 1997, Pan Jianwei, un jove estudiós xinès que estudiava a Àustria, i un estudiós holandès Bomiister, etc., van cooperar per primera vegada per realitzar la transmissió a llarga distància d’estats quàntics desconeguts. Aquesta és la primera vegada al món que un estat quàntic s'ha transferit amb èxit des d'un fotó a la Terra A a un fotó a la Terra B. El que es va transmetre a l'experiment era només expressar el valor GG; estat" d’informació quàntica, i el fotó mateix com a portador d’informació no es va transmetre. Aviat, Pan Jianwei i els seus col·laboradors han fet nous avenços en l'estudi de com purificar els estats quàntics enredats d'alta qualitat. Per a la teletransportació d’estats quàntics a llargues distàncies, sovint és necessari permetre que dos llocs distants comparteixin l’estat quàntic més gran enredat amb antelació. No obstant això, a causa de diversos sorolls ambientals inevitables, la qualitat dels estats quàntics enredats empitjorarà i empitjorarà a mesura que augmenta la distància de transmissió. Per tant, com purificar estats quàntics enredats d'alta qualitat és un tema important en la investigació de comunicació quàntica en aquest moment.

Molts grups de recerca internacionals estan treballant en aquest tema i han proposat una sèrie de solucions teòriques per a la purificació d’estats quàntics enredats, però no es pot aconseguir cap d’elles amb la tecnologia existent. Més tard, Pan Jianwei i altres van descobrir la solució teòrica de la purificació quàntica d’estats enredats que és viable experimentalment mitjançant l’ús de la tecnologia existent, i que en principi van solucionar el problema fonamental de la comunicació quàntica de llarga distància actualment. Aquest assoliment de la investigació ha estat altament avaluat per la comunitat científica internacional i s’anomena"