Communication quantique

processus de développement

En 1993, CHBennett a proposé le concept de communication quantique; la même année, 6 scientifiques de différents pays ont proposé un schéma pour réaliser la téléportation quantique en combinant des méthodes classiques et quantiques: transférer l'état quantique inconnu d'une particule à un autre À un endroit, une autre particule est préparée à l'état quantique, tandis que l'original la particule reste en place. L'idée de base est de diviser les informations d'origine en deux parties: les informations classiques et les informations quantiques, qui sont transmises au récepteur via le canal classique et le canal quantique respectivement. Les informations classiques sont obtenues par l'expéditeur effectuant une sorte de mesure sur la substance d'origine, et les informations quantiques sont le reste des informations que l'expéditeur n'a pas extraites pendant la mesure; le récepteur peut préparer l'état quantique d'origine après avoir obtenu ces deux types d'informations entièrement reproduites. Dans ce processus, seul l'état quantique de la substance d'origine est transmis, et non la substance d'origine elle-même. L'émetteur ne peut même rien savoir de cet état quantique, tandis que le récepteur met les autres particules dans l'état quantique de la matière d'origine. Dans ce schéma, la non-localité des états intriqués joue un rôle extrêmement important. La téléportation quantique est non seulement importante dans le domaine de la physique pour que les gens comprennent et révèlent les lois mystérieuses de la nature, mais peuvent également utiliser l'état quantique comme support d'informations pour compléter la transmission d'informations de grande capacité grâce à la transmission de l'état quantique, réalisant communication confidentielle quantique indéchiffrable en principe.

En 1997, Pan Jianwei, un jeune universitaire chinois étudiant en Autriche, a collaboré avec le chercheur néerlandais Bomiister et d'autres pour réaliser pour la première fois la transmission à distance d'états quantiques inconnus. C'est la première fois au monde qu'un état quantique a été transféré avec succès d'un photon de la Terre A à un photon de la Terre B. Dans l'expérience, seul le&"état GG". des informations quantiques sont exprimées et le photon lui-même en tant que support d'information n'est pas transmis.

En 2012, le scientifique chinois Pan Jianwei et d'autres ont réalisé avec succès les 100 premiers kilomètres de téléportation quantique et de distribution d'intrication dans l'espace libre dans le monde, jetant les bases techniques du lancement du premier satellite de communication quantique&au monde, GG. La revue académique internationale faisant autorité" Nature" Le magazine s'est concentré sur cette réalisation le 9 août." Une transmission réussie de 100 kilomètres sur un terrain à pertes élevées signifie que la distance de transmission dans un espace à faibles pertes peut atteindre plus de 1000 kilomètres, résolvant essentiellement le problème de la transmission d'informations à longue distance de satellites de communication quantique." Peng Chengzhi, membre de l'équipe de recherche, a déclaré que Quantum La percée dans la technologie de base des satellites de communication montre également qu'il est techniquement possible de construire un réseau mondial de communication quantique à l'avenir. Le 9 août, la revue universitaire internationale de référence" Nature" s'est concentré sur cette réalisation, représentant sa reconnaissance générale dans la communauté universitaire internationale.&«Nature GG»; Le magazine a déclaré que&promettait de devenir un jalon de la communication quantique à longue distance" ;," vers un réseau quantique mondial", le site Web de la Société européenne de physique, le United States" Science News" magazine et autres rapports spéciaux.

Contenu fondamental

La communication dite quantique fait référence à un nouveau type de méthode de communication qui utilise l'effet d'intrication quantique pour transmettre des informations. Il s'agit d'un nouveau développement interdisciplinaire développé au cours des deux dernières décennies et d'un nouveau domaine de recherche combinant théorie quantique et théorie de l'information.

La communication quantique optique est principalement basée sur la théorie des états intriqués quantiques, utilisant la téléportation quantique (transmission) pour réaliser le transfert d'informations. Selon la vérification expérimentale, quelle que soit la distance entre deux particules avec des états intriqués, tant que l'une change, l'autre changera également instantanément. Le processus d'utilisation de cette fonction pour réaliser une communication quantique optique est le suivant: une paire de particules avec des états intriqués est construite à l'avance. Les deux particules sont placées des deux côtés de la communication, et les particules avec un état quantique inconnu et les particules de l'expéditeur&sont mesurées conjointement (une opération), et les particules du récepteur&s'effondrent instantanément (changement ), et l'effondrement (changement) est dans un certain état. Cet état est symétrique avec l'état des particules de l'émetteur&après l'effondrement (changement), puis les informations de mesure conjointes sont transmises au récepteur via le canal classique, et le récepteur effectue une transformation unitaire sur les particules effondrées selon les informations reçues (équivalent à Dans la transformation inverse), vous pouvez obtenir le même état quantique inconnu que l'expéditeur.

Par rapport à la communication optique quantique, la communication classique ne peut être comparée à sa sécurité et à son efficacité. La communication Security-Quantum ne sera jamais" fuite" ;. La clé du cryptage quantique est aléatoire. Même si elle est interceptée par une personne volée, la clé correcte ne peut pas être obtenue, donc les informations ne peuvent pas être fissurées. Deux particules avec des états intriqués dans une main de GG, l'état quantique de l'une des particules change, l'état quantique de l'autre côté changera immédiatement, et selon la théorie quantique, toute observation macroscopique et toute interférence changeront immédiatement le état quantique, provoquant l'effondrement, de sorte que les informations obtenues par les voleurs en raison de l'interférence ont été détruites, pas les informations d'origine. Efficace, l'état quantique inconnu transmis sera dans un état intriqué avant d'être mesuré, c'est-à-dire qu'il représente plusieurs états à la fois, par exemple, un état quantique peut représenter deux nombres 0 et 1 en même temps, 7 ces états quantiques peuvent représenter 128 statuts simultanément ou 128 chiffres: 0 ~ 127. Une telle transmission de communication optique quantique équivaut à 128 fois la méthode de communication classique. Il est concevable que si la bande passante de transmission est de 64 bits ou plus, alors la différence d'efficacité sera une puissance étonnante de 2 à N, et plus.

Voici une explication supplémentaire de l'intrication quantique. L'enchevêtrement quantique peut être compris avec le chat de&Schrodinger&GG: lorsque vous mettez un chat dans une boîte contenant du poison, puis couvrez la boîte, après un certain temps, demandez si le chat est mort ou vivant? Quantum La réponse à la physique est: elle est à la fois morte et vivante. Certaines personnes diront que vous ne savez pas si vous ouvrez la boîte et la regardez. Oui, vous saurez si le chat est mort ou vivant lorsque vous ouvrez la boîte, mais selon l'interprétation de la physique quantique: cet état mort ou vivant est le résultat de l'observation humaine, c'est-à-dire que les macro perturbations humaines rendent les chats morts ou vivants , pas le vrai état lorsque la boîte est couverte. De même, des particules microscopiques ont été dans le&"dead GG"; et&"GG" vivant "; états avant d'être&«perturbé GG»; On peut dire qu'il s'agit à la fois de" 0" et&'1 GG'.

La communication quantique a les caractéristiques de haute efficacité et de sécurité absolue, et c'est le point névralgique de la recherche de la physique quantique internationale et des sciences de l'information en ce moment. Pour retracer l'origine de la communication quantique, nous devons commencer par la preuve de l'intrication quantique d'Einstein&GG "fantôme GG".

Parce que les gens sont sceptiques quant à l'interaction entre les particules enchevêtrées, les physiciens tentent de vérifier si cette propriété magique est vraie depuis des décennies.

En 1982, le physicien français Alain Aspect et son équipe ont mené à bien une expérience qui a confirmé l'existence du phénomène de" intrication quantique" de particules microscopiques. Cette conclusion a un impact majeur sur la vision du monde dominante de la science occidentale. Depuis Descartes, Galileo et Newton, la pensée dominante de la communauté scientifique occidentale croit que les composants de l'univers sont indépendants les uns des autres et que l'interaction entre eux est limitée par l'espace et le temps (c'est-à-dire localisés). L'intrication quantique confirme l'existence de l'action fantôme-fantasmagorique d'Einstein&à distance. Cela prouve qu'entre deux substances quelconques, quelle que soit leur distance, elles peuvent s'influencer l'une l'autre et ne sont pas affectées par l'espace-temps à quatre dimensions. La contrainte n'est pas locale et l'univers a de profondes connexions internes dans le monde.

Sur la base de la théorie de l'intrication quantique, en 1993, le scientifique américain CH Bennett a proposé le concept de communication quantique (Quantum Teleportation). La communication quantique est une méthode de communication qui transporte des informations par états quantiques. Il utilise le principe de l'intrication quantique des particules élémentaires telles que les photons pour mettre en œuvre un processus de communication sécurisé. L'introduction du concept de communication quantique a fait que le bénéfice de l'intrication quantique d'Einstein&a commencé à vraiment exercer son vrai pouvoir.

En 1993, après que Bennett ait proposé le concept de communication quantique, six scientifiques de différents pays, basés sur la théorie de l'intrication quantique, ont proposé l'utilisation de méthodes classiques et quantiques pour réaliser la téléportation quantique, c'est-à-dire le quantum inconnu d'une particule. est transférée à un autre endroit, et une autre particule est préparée à l'état quantique, et la particule d'origine reste en place. C'est le schéma de base original de la communication quantique. La téléportation quantique est non seulement importante dans le domaine de la physique pour que les gens comprennent et révèlent les lois mystérieuses de la nature, mais peuvent également utiliser les états quantiques comme vecteurs d'informations pour compléter la transmission d'informations de grande capacité par la transmission d'états quantiques pour atteindre le quantique. indéchiffrable en principe. Communication confidentielle.

En 1997, le jeune universitaire chinois Pan Jianwei qui a étudié en Autriche a coopéré avec le chercheur néerlandais Bomiister et d'autres pour réaliser pour la première fois la transmission à distance d'états quantiques inconnus. C'est la première fois au monde qu'un état quantique a été transféré avec succès d'un photon de la Terre A à un photon de la Terre B. Dans l'expérience, seul le&"état GG". de l'information quantique est exprimée, et le photon lui-même en tant que support d'information n'est pas transmis.

Après plus de 20 ans de développement, la discipline de la communication quantique est progressivement passée de la théorie à l'expérimentation et au développement pratique. Les principaux domaines concernés sont: la communication par cryptographie quantique, la téléportation quantique à distance et le codage quantique dense.

Les systèmes de communication quantique sont divisés en deux catégories selon que l'information qu'ils transmettent est classique ou quantique. Le premier est principalement utilisé pour la transmission de clés quantiques, tandis que le second peut être utilisé pour la distribution de la téléportation quantique et de l'intrication quantique. La soi-disant transmission invisible fait référence à une sorte de&«GG complet». transmission d'informations qui est séparée de la chose réelle. Du point de vue de la physique, le processus de transmission invisible peut être imaginé comme suit: extraire d'abord toutes les informations de l'original, puis transmettre les informations au lieu de réception, et le récepteur sélectionne la même unité de base qui constitue l'original basé sur l'information, et fabrique Une réplique parfaite de l'original. Cependant, le principe d'incertitude de la mécanique quantique ne permet pas une extraction précise de toutes les informations de l'original, et cette réplique ne peut pas être parfaite. Donc pendant longtemps, la téléportation n'était qu'un fantasme.

En 1993, six scientifiques de différents pays ont proposé un schéma qui utilise des méthodes classiques et quantiques pour réaliser la téléportation quantique: pour transférer l'état quantique non reconnu d'une particule à un autre endroit et préparer une autre particule à l'état quantique, les particules d'origine restent en place . L'idée de base est de diviser les informations d'origine en deux parties: les informations classiques et les informations quantiques, qui sont transmises au récepteur via le canal classique et le canal quantique respectivement. Les informations classiques sont obtenues par l'expéditeur prenant une certaine mesure de la substance d'origine, et les informations quantiques sont le reste des informations que l'expéditeur n'a pas extraites lors de la mesure; une fois que le récepteur a obtenu ces deux types d'informations, l'état quantique d'origine peut être entièrement répliqué. Dans ce processus, seul l'état quantique de la substance d'origine est transmis, et non la substance d'origine elle-même. L'expéditeur ne peut même rien savoir de cet état quantique, tandis que le récepteur met les autres particules dans l'état quantique d'origine.

Dans ce schéma, la non-localité des états intriqués joue un rôle crucial. La mécanique quantique est une théorie non locale, qui a été confirmée par des résultats expérimentaux qui violent l'inégalité de Bell GG. Par conséquent, la mécanique quantique présente de nombreux effets contre-intuitifs. En mécanique quantique, deux états de particules peuvent être préparés de telle manière que la relation entre eux ne peut pas être expliquée de manière classique. Un tel état est appelé un état intriqué. L'intrication quantique fait référence à l'interaction entre deux ou plusieurs systèmes quantiques Association non-classique non locale. La téléportation quantique est non seulement extrêmement importante pour que les gens comprennent et révèlent les mystérieuses lois de la nature dans le domaine de la physique, mais peuvent également utiliser l'état quantique comme support d'information pour réaliser la transmission d'informations de grande capacité par la transmission de l'état quantique, qui est en principe indéchiffrable. Communication confidentielle quantique.

En 1997, Pan Jianwei, un jeune universitaire chinois étudiant en Autriche, et le chercheur néerlandais Bomiister, etc., ont coopéré pour la première fois pour réaliser la transmission à longue distance d'états quantiques inconnus. C'est la première fois au monde qu'un état quantique a été transféré avec succès d'un photon de la Terre A à un photon de la Terre B. Ce qui a été transmis dans l'expérience était simplement d'exprimer l'état&"état GG". d'informations quantiques, et le photon lui-même en tant que support d'information n'a pas été transmis. Bientôt, Pan Jianwei et ses collaborateurs ont fait de nouvelles percées dans l'étude de la façon de purifier des états intriqués quantiques de haute qualité. Pour la téléportation d'états quantiques sur de longues distances, il est souvent nécessaire de permettre à deux endroits distants de partager à l'avance le plus grand état intriqué quantique. Cependant, en raison de divers bruits environnementaux inévitables, la qualité des états intriqués quantiques s'aggravera à mesure que la distance de transmission augmentera. Par conséquent, comment purifier des états intriqués quantiques de haute qualité est une question importante dans la recherche en communication quantique en ce moment.

De nombreux groupes de recherche internationaux travaillent sur ce sujet et ont proposé une série de solutions théoriques pour la purification d'états quantiques intriqués, mais aucune d'entre elles ne peut être réalisée avec la technologie existante. Plus tard, Pan Jianwei et d'autres ont découvert la solution théorique de la purification d'états intriqués quantiques qui est réalisable expérimentalement en utilisant la technologie existante, et ont en principe résolu le problème fondamental de la communication quantique à longue distance de nos jours. Cette réalisation de recherche a été hautement évaluée par la communauté scientifique internationale et est appelée" un saut dans la recherche de communication quantique à longue distance" ;.