الكم الاتصالات

عملية التنمية

وفي عام 1993، طرحت CHBennett مفهوم الاتصال الكمي؛ وفي عام 1999، كان هذا المفهوم هو الذي كان قد تم في عام 1999. في نفس العام، اقترح 6 علماء من بلدان مختلفة مخططا لتحقيق النقل عن بعد الكم من خلال الجمع بين الطرق الكلاسيكية والكم: نقل حالة الكم غير معروف من جسيم إلى آخر في مكان واحد، يتم إعداد جسيم آخر إلى حالة الكم، في حين أن الجسيم الأصلي لا يزال في مكانه. والفكرة الأساسية هي تقسيم المعلومات الأصلية إلى قسمين: المعلومات الكلاسيكية والمعلومات الكمية، التي تنتقل إلى المتلقي من خلال القناة الكلاسيكية وقناة الكم على التوالي. يتم الحصول على المعلومات الكلاسيكية من قبل المرسل الذي يقوم بنوع من القياس على المادة الأصلية ، والمعلومات الكمية هي بقية المعلومات التي لم يستخرجها المرسل أثناء القياس ؛ المتلقي يمكن إعداد حالة الكم الأصلي بعد الحصول على هذين النوعين من المعلومات المستنسخة بالكامل. في هذه العملية ، يتم نقل حالة الكم فقط للمادة الأصلية ، وليس المادة الأصلية نفسها. يمكن للمرسل حتى لا يعرف شيئا عن هذه الحالة الكمومية، في حين أن المتلقي يضع جزيئات أخرى في حالة الكم من المادة الأصلية. في هذا المخطط، تلعب غير المنطقة المحلية للولايات المتشابكة دورًا بالغ الأهمية. الكم النقل عن بعد ليست مهمة فقط في مجال الفيزياء للناس لفهم وتكشف عن قوانين الطبيعة الغامضة، ولكن أيضا يمكن استخدام دولة الكم كناقل معلومات لاستكمال نقل المعلومات ذات القدرة الكبيرة من خلال نقل حالة الكم، وتحقيق في المبدأ لا يمكن فكها اتصال الكم السرية.

في عام 1997، تعاون بان جيانوي، وهو باحث صيني شاب يدرس في النمسا، مع الباحث الهولندي بوميستر وآخرين لتحقيق الإرسال عن بعد لدول الكم غير المعروفة للمرة الأولى. هذه هي المرة الأولى في العالم التي يتم فيها نقل حالة كمية بنجاح من فوتون في الأرض A إلى فوتون في الأرض B. في التجربة، يتم التعبير عن "حالة" المعلومات الكمية فقط، ولا يتم إرسال الفوتون نفسه كناقل معلومات.

في عام 2012، نجح العالم الصيني بان جيانوي وآخرون في تحقيق أول 100 كيلومتر من النقل عن بعد الكم الفضائي الحر وتوزيع التشابك في العالم، مما وضع الأساس التقني لإطلاق أول "قمر صناعي للاتصالات الكمومية" في العالم. ركزت مجلة "نيتشر" الأكاديمية الدولية الموثوقة على هذا الإنجاز في 9 أغسطس. "إن النقل الناجح لمسافة 100 كيلومتر على أرض عالية الخسارة يعني أن مسافة الإرسال في الفضاء المنخفض الخسارة يمكن أن تصل إلى أكثر من 1000 كيلومتر ، مما يحل بشكل أساسي مشكلة نقل المعلومات عن المدى الطويل لسواتل الاتصالات الكمومية". وقال عضو فريق الابحاث بنغ تشنغ تشى ان كوانتوم ان الاختراق فى التكنولوجيا الجوهرية لاقمار الاتصالات يظهر ايضا انه من الممكن من الناحية الفنية بناء شبكة اتصالات كمية عالمية فى المستقبل . في 9 آب/أغسطس، ركزت المجلة الأكاديمية الدولية الموثوقة "نيتشر" على هذا الإنجاز، مما يمثل اعترافاً عاماً بها في المجتمع الأكاديمي الدولي. وقالت مجلة "الطبيعة" انها "واعدة لتصبح معلما من الاتصالات الكم لمسافات طويلة" ، "نحو شبكة الكم العالمية" ، والموقع الإلكتروني للجمعية المادية الأوروبية ، ومجلة "أخبار العلوم" الأمريكية وغيرها من التقارير الخاصة.

المحتويات الأساسية

يشير ما يسمى الاتصال الكمي إلى نوع جديد من طريقة الاتصال التي تستخدم تأثير التشابك الكمي لنقل المعلومات. وهو تطور جديد متعدد التخصصات تم تطويره في العقدين الماضيين ومجال بحث جديد يجمع بين نظرية الكم ونظرية المعلومات.

ويستند الاتصال الكم البصري أساسا على نظرية الدول الكم متشابكة، وذلك باستخدام النقل عن بعد الكم (نقل) لتحقيق نقل المعلومات. وفقا للتحقق التجريبي، بغض النظر عن مدى متباعدة اثنين من الجسيمات مع الدول المتشابكة هي، طالما يتغير واحد، والآخر سوف تتغير أيضا على الفور. عملية استخدام هذه الميزة لتحقيق الاتصالات الكمومية البصرية هي كما يلي: زوج من الجسيمات مع الدول المتشابكة شيدت مقدما. يتم وضع الجسيمين على جانبي الاتصال ، ويتم قياس الجسيمات ذات الحالة الكمية غير المعروفة وجزيئات المرسل بشكل مشترك (عملية) ، وتنهار جزيئات المتلقي على الفور (تتغير) ، والانهيار (التغيير) في حالة معينة. هذه الحالة متناظرة مع حالة جزيئات المرسل بعد الانهيار (التغيير)، ومن ثم تنتقل معلومات قياس المفصل إلى المتلقي من خلال القناة الكلاسيكية، ويقوم المتلقي بإجراء التحول الوحدوي على الجسيمات المنهارة وفقًا للمعلومات المستلمة (أي ما يعادل في التحويل العكسي)، يمكنك الحصول على نفس الحالة الكمية المجهولة مثل المرسل.

مقارنة مع الاتصالات الكم البصرية، لا يمكن مقارنة الاتصالات الكلاسيكية مع أمنها وكفاءتها. الأمن الكم الاتصالات لن "تسرب". مفتاح التشفير الكمي عشوائي حتى لو تم اعتراضها من قبل شخص مسروقة ، لا يمكن الحصول على المفتاح الصحيح ، لذلك لا يمكن اختراق المعلومات. اثنين من الجسيمات مع الدول المتشابكة في يد واحد، والدولة الكمية من واحد من التغييرات الجسيمات، والدولة الكمية من الجانب الآخر سوف تتغير على الفور، ووفقا لنظرية الكم، فإن أي مراقبة العيان والتدخل تغيير حالة الكم فورا، مما تسبب في انهارت، وبالتالي فإن المعلومات التي تم الحصول عليها من قبل السارقين بسبب التداخل قد دمرت، وليس المعلومات الأصلية. كفاءة، والدولة الكم غير معروف التي يتم إرسالها تكون في حالة متشابكة قبل أن يقاس، وهذا هو، فإنه يمثل حالات متعددة في نفس الوقت، على سبيل المثال، يمكن أن تمثل حالة الكم رقمين 0 و 1 في نفس الوقت، 7 حالات الكم يمكن أن تمثل 128 في وقت واحد حالة أو 128 أرقام: 0 ~ 127. ومثل هذا الإرسال للاتصال الكم البصري يعادل 128 مرة من طريقة الاتصال الكلاسيكية. ومن المتصور أنه إذا كان عرض النطاق الترددي الإرسال 64 بت أو أعلى، ثم الفرق في الكفاءة سيكون قوة مذهلة من 2 إلى N، وأعلى.

هنا هو مزيد من شرح التشابك الكم. يمكن فهم التشابك الكمي مع "قطة شرودينغر": عندما تضع قطة في صندوق يحتوي على السم ، ثم تغطي الصندوق ، بعد فترة ، اسأل عما إذا كانت القطة ميتة أو حية؟ الكم الجواب على الفيزياء هو: هو على حد سواء على قيد الحياة و الحية. بعض الناس سيقولون أنك لا تعرف إذا كنت تفتح الصندوق و أنظر إليه. نعم ، سوف تعرف ما إذا كان القط ميتا أو على قيد الحياة عند فتح مربع ، ولكن وفقا لتفسير فيزياء الكم : هذه الحالة الميتة أو على قيد الحياة هو نتيجة للمراقبة البشرية ، وهذا هو ، الاضطرابات الماكرو الإنسان جعل القطط حيا أو ميتا ، وليس الحالة الحقيقية عندما يتم تغطية مربع. وبالمثل، كانت الجسيمات المجهرية في الدول "الميتة" و "الحية" قبل أن "تزعج" يمكن القول أنه هو على حد سواء "0" و "1".

الاتصالات الكم لديه خصائص عالية الكفاءة والأمن المطلق، وأنه هو نقطة ساخنة للبحث في فيزياء الكم الدولية وعلوم المعلومات في هذه اللحظة. لتتبع أصل الاتصالات الكمّية، علينا أن نبدأ بدليل "شبح" آينشتاين، التشابك الكمي.

ولأن الناس كانوا متشككين بشأن التفاعل بين الجسيمات المتشابكة، فقد حاول الفيزيائيون التحقق مما إذا كانت هذه الخاصية السحرية صحيحة لعقود من الزمان.

في عام 1982، أكمل الفيزيائي الفرنسي آلان أسبكت وفريقه بنجاح تجربة أكدت وجود ظاهرة "التشابك الكمي" للجسيمات المجهرية. هذا الاستنتاج له تأثير كبير على النظرة العالمية السائدة للعلوم الغربية. منذ ديكارت وغاليليو ونيوتن، يعتقد التفكير السائد في المجتمع العلمي الغربي أن مكونات الكون مستقلة عن بعضها البعض، والتفاعل بينها محدود حسب المكان والزمان (أي محلي). التشابك الكم يؤكد وجود عمل أينشتاين الشبح مخيف في مسافة. وهو يثبت أنه بين أي مادتين ، مهما كانت بعيدة ، فإنها قد تؤثر على بعضها البعض ولا تتأثر بالزمان الفضائي رباعي الأبعاد. القيد غير موقعي، والكون لديه اتصالات داخلية عميقة في العالم.

على أساس نظرية التشابك الكمي ، في عام 1993 ، اقترح العالم الأمريكي C.H. بينيت مفهوم الاتصال الكمي (Quantum Teleportation). الاتصالات الكمّية هي طريقة اتصال تحمل المعلومات عن طريق حالات الكم. ويستخدم مبدأ التشابك الكمي للجسيمات الأولية مثل الفوتونات لتنفيذ عملية اتصال آمنة. جعل إدخال مفهوم الاتصال الكمى آينشتاين "مخيف" الكم التشابك فائدة تبدأ حقا ممارسة قوتها الحقيقية.

في عام 1993، بعد أن اقترح بينيت مفهوم الاتصال الكمي، اقترح ستة علماء من بلدان مختلفة، استنادا إلى نظرية التشابك الكمي، استخدام الطرق الكلاسيكية والكمية لتحقيق النقل عن بعد الكم، أي الكم غير المعروف لجسيمات يتم نقل الحالة إلى مكان آخر، ويتم إعداد جسيم آخر إلى حالة الكم، ويظل الجسيم الأصلي في مكانه. هذا هو المخطط الأساسي الأصلي للاتصالات الكمومية. الكم النقل عن بعد ليست مهمة فقط في مجال الفيزياء للناس لفهم وكشف قوانين الطبيعة الغامضة، ولكن أيضا يمكن استخدام الدول الكم كناقلات المعلومات لاستكمال نقل المعلومات ذات القدرة الكبيرة من خلال نقل الدول الكم لتحقيق الكم غير قابلة للفك من حيث المبدأ. الاتصالات السرية.

في عام 1997، تعاون الباحث الصيني الشاب بان جيانوي الذي درس في النمسا مع الباحث الهولندي بوميستر وآخرين لتحقيق الإرسال عن بعد لدول الكم غير المعروفة للمرة الأولى. هذه هي المرة الأولى في العالم التي يتم فيها نقل حالة كمية بنجاح من فوتون في الأرض A إلى فوتون في الأرض B. في التجربة، يتم التعبير عن "حالة" المعلومات الكمية فقط، والفوتون نفسه كما لا يتم إرسال حامل المعلومات.

بعد أكثر من 20 عاما من التنمية ، وانضباط الاتصالات الكم تدريجيا انتقلت من النظرية إلى التجربة والتنمية العملية. وتشمل المجالات الرئيسية المعنية: الاتصالات التشفير الكمومي، الكم عن بعد النقل عن بعد، والترميز الكثيف الكم.

وتنقسم أنظمة الاتصالات الكمومية إلى فئتين وفقا لما إذا كانت المعلومات التي تنقلها هي معلومات تقليدية أو كمية. ويستخدم الأول أساسا في نقل مفاتيح الكم، في حين أن الثاني يمكن استخدامه لتوزيع النقل عن بعد الكم والتشابك الكمي. ويشير ما يسمى بنقل المعلومات غير المرئي إلى نوع من نقل المعلومات "الكامل" الذي يفصله عن الشيء الحقيقي. من منظور الفيزياء ، يمكن تخيل عملية الإرسال غير المرئي على النحو التالي: أولا استخراج جميع المعلومات من الأصل ، ومن ثم نقل المعلومات إلى مكان الاستقبال ، والمتلقي يختار نفس الوحدة الأساسية التي تشكل الأصل على أساس المعلومات ، ويصنع نسخة طبق الأصل المثالية. ومع ذلك، فإن مبدأ عدم اليقين من ميكانيكا الكم لا يسمح استخراج دقيق لجميع المعلومات من الأصلي، وهذه النسخة المتماثلة لا يمكن أن تكون مثالية. لذلك لفترة طويلة، النقل عن بعد لم يكن سوى الخيال.

في عام 1993، اقترح ستة علماء من بلدان مختلفة مخططًا يستخدم الطرق الكلاسيكية والكمية لتحقيق النقل عن بعد الكم: لنقل الحالة الكمية غير المعترف بها لجسيمات إلى مكان آخر وإعداد جسيم آخر إلى حالة الكم ، تبقى الجسيمات الأصلية في مكانها. والفكرة الأساسية هي تقسيم المعلومات الأصلية إلى قسمين: المعلومات الكلاسيكية والمعلومات الكمية، التي تنتقل إلى المتلقي من خلال القناة الكلاسيكية وقناة الكم على التوالي. يتم الحصول على المعلومات الكلاسيكية من قبل المرسل أخذ قياس معين للمادة الأصلية، والمعلومات الكمية هي بقية المعلومات التي لم يستخرجها المرسل في القياس؛ بعد أن حصلت على هذه النوعين من المعلومات المتلقي ، يمكن إعداد حالة الكم الأصلي النسخة المتماثلة تماما. في هذه العملية ، يتم نقل حالة الكم فقط للمادة الأصلية ، وليس المادة الأصلية نفسها. المرسل يمكن أن يعرف حتى شيئا عن هذه الحالة الكم، في حين أن المتلقي يضع جزيئات أخرى في حالة الكم الأصلي.

في هذا المخطط، تلعب غير محلية الدول المتشابكة دورًا حاسمًا. ميكانيكا الكم هي نظرية غير محلية ، والتي تم تأكيدها من خلال النتائج التجريبية التي تنتهك عدم المساواة في بيل. لذلك، ميكانيكا الكم معارض العديد من الآثار غير بديهية. في ميكانيكا الكم، يمكن إعداد دولتين من الجسيمات بطريقة لا يمكن تفسير العلاقة بينهما بشكل كلاسيكي. وتسمى هذه الدولة دولة متشابكة. يشير التشابك الكمي إلى التفاعل بين نظامين أو أكثر من أنظمة الكم غير المحلية غير التقليدية. الكم النقل عن بعد ليس فقط في غاية الأهمية للناس لفهم وتكشف عن قوانين الطبيعة الغامضة في مجال الفيزياء ، ولكن أيضا يمكن استخدام دولة الكم كناقل للمعلومات لتحقيق نقل المعلومات ذات القدرة الكبيرة من خلال نقل حالة الكم ، والتي هي غير قابلة للفك من حيث المبدأ. اتصال سري كمي.

في عام 1997، تعاون بان جيانوي، وهو باحث صيني شاب يدرس في النمسا، والباحث الهولندي بوييستر، وما إلى ذلك، لأول مرة لتحقيق انتقال المسافات الطويلة لدول الكم غير المعروفة. هذه هي المرة الأولى في العالم التي يتم فيها نقل حالة كمية بنجاح من فوتون في الأرض A إلى فوتون في الأرض B. ما تم نقله في التجربة كان فقط للتعبير عن "حالة" المعلومات الكمية ، ولم يتم إرسال الفوتون نفسه كناقل معلومات. قريبا، حقق بان جيانوي ومعاونيه اختراقات جديدة في دراسة كيفية تنقية عالية الجودة الكم الدول المتشابكة. بالنسبة للتجوال عن بعد في حالات الكم عبر مسافات طويلة ، غالباً ما يكون من الضروري السماح لمكانين بعيدين بتقاسم أكبر حالة تشابك كمي مسبقًا. ومع ذلك ، بسبب مختلف الضوضاء البيئية التي لا مفر منها ، فإن نوعية الدول المتشابكة الكم تصبح أسوأ وأسوأ مع زيادة مسافة الإرسال. ولذلك، وكيفية تنقية عالية الجودة الكم الدول المتشابكة هي قضية هامة في بحوث الاتصالات الكم في هذه اللحظة.

وتعمل العديد من مجموعات البحث الدولية على هذا الموضوع، واقترحت سلسلة من الحلول النظرية لتنقية الدول المتشابكة من حيث الكم، ولكن لا يمكن تحقيق أي منها بالتكنولوجيا القائمة. في وقت لاحق ، اكتشف Pan Jianwei وآخرون الحل النظري لتنقية الحالة الكمية المتشابكة التي هي مجدية تجريبيًا باستخدام التكنولوجيا الحالية ، وحلت من حيث المبدأ المشكلة الأساسية للاتصال الكمومي لمسافات طويلة في الوقت الحاضر. وقد تم تقييم هذا الإنجاز البحثي بدرجة عالية من قبل المجتمع العلمي الدولي ويسمى "قفزة في مجال البحث عن الاتصالات الكمّية البعيدة".