תפקיד מקבלי אופטי במערכות תקשורת קוונטיות

הנוף של תקשורת בטוחה עובר שינוי יסודי, מונע על ידי הפגיעות הגוברת של שיטות קריפטוגרפיים קלאסיות כדי להתקדם כוח חישובי ואת האיום הסופי שמציב מחשבי קוונטים מערכות תקשורת מציעים פתרון המוצב בחוקי הפיזיקה ולא המורכבות חישובית, להסתמך על עקרונות מכניקה קוונטית כדי לזהות ריצוף ולהבטיח סודיות מוחלטת בלב המערכות האלה שקרים אופטיים, מרכיב מיוחד עם אבטחה קוונטית בתנאי אבטחה קוונטית זה, עם אבטחה קפדנית, אשר מופעלת, עם אבטחה מדויקת, עם אבטחה מדויקת, עם אבטחה מדויקת, ואבטחה מיידית, עם אבטחה ממוקדת.

תוצאות של Optical Detection in Quantum Systems

בניגוד לתקשורת אופטית קלאסית, אשר מעבירה מספר גדול של פוטונים לקצת ומסתמך על גילוי הסף, תקשורת קוונטית פועלת לעתים קרובות ברמה צילום יחיד או משתמשת הדופקים קוהרנטיים מאוד.המידע מקודד במדינות הקוונטיות של פוטונים אלה, תוך שימוש בתכונות כגון קיטוב (המרכז / מוטציות), שלב (0/ ⁇ ), זמן (מוקדם/late), או מסלול קוונטי של ממש, אפילו אותות קוונטיים אלה יכולים להיות מעובדים באופן יעיל על ידי מדידה אופטית של חומר אופטית של חומר זהה.

האתגר הוא עצום.עקרון אי הוודאות של הייסברג מכתיב כי מדידת נכס אחד של מדינה קוונטית (למשל, הקיטוב) מפריע מטבעו לרכוש משלים אחר (למשל, השלב) מקלט מתוכנן היטב חייב לחלץ את המידע הרצוי עם נאמנות מקסימלית תוך צמצום ההפרעה וההפסד.

המונחים: Quantum Optical Acceptrs

היישום הספציפי ופרוטוקול מכתיבים את סוג המקלט האופטי הנדרש.באופן כללי, ניתן לסווג מקלטים לשלוש משפחות עיקריות: גלאי צילום יחיד, גלאי קוהרנטי ומספרי תמונות לפתרון גלאי.

צילום: Single-Photon Detectors

גלאי צילום בודדים נועדו לרשום את הגעתו של תמונה אישית עם הסתברות גבוהה.הם הם העורכים של פרוטוקולים QKD בלתי ניתנים לדיסקרטי כמו BB84 והם חיוניים עבור חוזרים קוונטיים.

Avalanche Photodiodes (APDs)

APDs הם מכשירים מוצקים המדינה כי ניצול אפקט photoelectric. כאשר photon נספג, זה יוצר זוג חור אלקטרוני.על ידי יישום מתח ההטיה לאחור מעל מתח השבר (מצב גייגר), נושאת מטען יחיד יכול לגרום self-sus-susing avalanche, לייצר דופק חשמלי מקרוסקופי באופן משמעותי.

עקבו אחרי Nwire Single-Photon Detectors (SNSPDs)

(ב) NSPDs מייצגים את המדינה הנוכחית של אמנות בזיהוי יחיד-פוטין.המכשירים הללו מורכבים מ nanowires דק, מתפתל של חומר סופר-מוליכים (כגון NbN או WSi) קריר לטמפרטורות מתחת ל-4 Kelvin.כאשר photon תוקף את חוט, הוא משבש את המורכבות העלית בנקודת חום קטנה, ויוצר דופק מעצימה של מספר 3:2Flastic:

תצלומים (PMTs)

PMTs הם טכנולוגיה מתקדמת יותר של ואטקום.הם פועלים באמצעות אפקט פוטואלקטרי בתמונה, ואחריו הדגימה של האלקטרונים החופשי באמצעות שרשרת של דינודות. בעוד PMTs מציעים אזורים פעילים גדולים והם חזקים, יעילות הקוונטים שלהם היא בדרך כלל נמוכה יותר מאשר זה של מדינת מוצק או גלאי על מוליכים, הגבלת השימוש שלהם במערכות תקשורת קוונטית ביצועים גבוהים.

קוהרנטי וההומורין Detectors

(ב) פרוטוקולים QKD רצופים (CV) QKD, המידע מקודד במפרקות (השלב והשלב) של השדה האופטי, בו-זמנית, במקום בסעיפים פוטוניים דיסקרטיים.המערכות הללו משתמשות בטכניקות זיהוי קוהרנטיות המנציות את החפיפה בין אות הכניסה ל-Den-ODen-Frineriter (L) לבין ה-DFD) מאפשר שימוש ב-DFD2D) באופן מיידי ב-D) באופן קבוע (מחדש (מחדש) באופן קבוע, בין היתר, בין היתר, בין היתר, לבין אות ה-DVDFDFD) ל-DDRD) ל-DDRD) ל-D) ל-DDRDDDRDVD) ל-D) ל-D) ל-DVDDRDDRDDRDDRDDRDDRDDRD) באופן קבוע (DesquadraphineFrindowdowdowdowdowerte) ל-D) ל-D) ל-D) ל-D) ל-D) ל-D) אפשרות ל-DDRDDRDDRD

Photon-מספר Reshoot Detectors (PNRDs)

APDs סטנדרטי ו SNSPDs הם גלאי "לחץ"; הם יכולים להגיד לך כי אחד או יותר פוטונים הגיע, אבל לא המספר המדויק של PNRDs לפתור את המספר המדויק של photons בתוך הדופק הנכנס.יכולות האלה חיוני עבור פרוטוקולים קוונטיים מתקדמים, כולל מחשוב קוונטי ליניארי, שערי קוונטים, ארכיטקטורות חוזרות קוונטיות מסוימות.

הטכנולוגיה המוצלחת ביותר של PNRD היא מיקרוקלימטר המופעל במעבר שלב בין מצבים סופר-מוליכים ורגילים שלה (TES) MPEGFLT:1 ; A TES הוא מיקרוקלורימטר על-ידי ניהול חומרים המופעלים במעבר שלב בין מצבים סופר-הולכים שלו ונורמליים.האנרגיה המופקדת על ידי מגבלה נספגת גורמת לשינוי משמעותי בהתנגדות.

ביצועים קריטיים ואתגרי הנדסה

יעילותה של כל מערכת תקשורת קוונטית קשורה ישירות לביצוע המקלטים האופטיים שלה.מספר מדדים מרכזיים מכתיבים את התאמתם למשימה נתונה.

זיהוי יעילות

זוהי ההסתברות כי אירוע פוטון יוצר אות חשמלי מזוהה. במערכת QKD, אובדן מפחית את קצב המפתח הבטוח.יעילות זיהוי של המקלט הוא תורם ישיר לאובדן המערכת הכולל. גלאי יעיל 50% מאבד מחצית המידע המועבר. Achieving ליד יעילות כמעט ללא אחידות (מעל 95%) הוא מטרה עיקרית, במיוחד עבור קישורים למרחקים ארוכים.

שיעור ספירה כהה ורעש

מקלטים אופטיים יכולים לייצר "לחץ" גם כאשר אין פוטון נוכח.החיובים המזויפים האלה נקראים ספירות אפלות.ב- APDs, הם מתעוררים מדור תרמי של ספקים; ב SNSPDs, מקרינה שוטה או פגמים פנימיים.שיעור ספירה כהה גבוה מציג שגיאות לתוך זרם זעיר קוונטי (Quan bittum שגיאה, Qber), אשר משפיע ישירות על האבטחה של מערכת אבטחה של טמפרטורות קלוגניות נחשב לעתים קרובות יותר ויותר על פני שטח כהה.

תזמון Jitter and resolution

תזמון ג'ייטר הוא אי הוודאות בזמן ההגעה של הדופק הפלט החשמלי ביחס לזמן ההגעה האמיתי של photon. במערכות QKD מהירות גבוהה הפועלות בשיעורי שעון GHz, photons הם רק מאות של picothers בנפרד. jitterive jitterer עושה את זה קשה להקצות אירוע זיהוי לזמן הנכון, גרימת שגיאות. SPDs מציעים ג'וינט נמוך במיוחד (Fly) עבור תזמון מהיר, כולל תזמון קריטי, כולל תזמון, כולל תזמון זמן תזמון גבוה (F) עבור תזמון תזמון תזמון תזמון תזמון תזמון אלקטרוניקה תזמון, כולל גם אלקטרוניקה אלקטרוניקה תזמון תזמון תזמון תזמון תזמון תזמון תזמון אלקטרוניקה אלקטרוניקה אלקטרוניקה אלקטרוניקה ויזואלית) הוא גם תזמון תזמון תזמון תזמון תזמון תזמון תזמון תזמון ויזואלית תזמון תזמון תזמון תזמון , כולל גם ויזואלית תזמון , כולל גם תזמון תזמון גבוה תזמון תזמון תזמון תזמון גבוה תזמון תזמון תזמון תזמון תזמון תזמון תזמון תזמון תזמון תזמון תזמון תזמון תזמון תזמון תזמון תזמון תזמון תזמון תזמון ויזואלית תזמון

זמן מת וגלגל

לאחר גילוי תמונה, רוב המקלטים דורשים זמן התאוששות סופי (זמן חד) לפני שהם יכולים לזהות את זה הבא. במהלך תקופה זו, הגלאי הוא עיוור.אם שיעור ההגעה הפוטון עולה על קצב ההתאוששות של הגלאי, המערכת הופכת רוויה.פעמים ארוכות מת להגביל את שיעור השעון המקסימלי של מערכת התקשורת הקוונטית.

התפקיד הבלתי ניתן להשגה ב- Quantum Key Distribution

היישום הבוגר ביותר של תקשורת קוונטית הוא QKD, המאפשר לשני צדדים (בעיקר אליס ובוב) לשתף מפתח הצפנה מאובטח.ה המקלט האופטי בתחנה של בוב הוא קו האבטחה הקדמי של פרוטוקול BB84 מבוסס קוטביזציה, למשל, המקלט מורכב מפיצולי קרן beam, מנפח אלמנטים מקוטבים וגלאים בודדים.

(ההנחה הבסיסית בהוכחות אבטחה סטנדרטיות של QKD היא כי מכשירי המדידה של בוב מושלמים ולא בוטחים במשמרת של הגלאיים המעשיים יכולים להיות פגיעים להתקפות ערוץ צד, דוגמה ידועה היא ה-FLT:0dector עיוורון ו-DLT1, שבו לא ניתן יהיה להפעיל את מערכת האבטחה של KDKDR (Eve) באופן בהיר ל-APD של בוב, מה שמחייב אותם לפעולה ליניארית, אם לא ניתן להפעיל את ה-CVID2.

הגעה ל-Reach: Optical Accepters in Quantum Networks

מעבר לנקודה-לנקודת QKD, העתיד של מדעי המידע הקוונטי שוכן ברשתות הקוונטיות בעלות תפוצה מלאה, ומאפשר תקשורת מבוזרת קוונטית ומאובטחת על פני מרחקים גלובליים. המקלטים אופטיים הם הטכנולוגיה המאפשרת לפעולה הבסיסית של רשתות אלה:FLT:0quantum reersFLT:1.

חוזרים קוונטיים מתגברים על אובדן האקספוננציאלי של פוטונים בסיבים אופטיים.הם מסתמכים על חלוקת הסבך וההליך שנקרא FLT:0entanglement exchangeing (FLT:1 זרז זה דורש תפוצה ניסיונית:2Bell-state Measurement (BSM)FLT 3:0entanglement החלפת החלפתing) של 2 טריליון אירוומים בתצלום נמוך, תלוי באפקטיבי של 2, בין גלאי סבך גבוה, לבין יכולת זיהוי של 2, לבין יכולת זיהוי של 2 קיבולת כפולה של 2 סבך של 2 סבך של סבך של 2.

כיוונים עתידיים ושקיפות טכנולוגית

השדה של מקלטים אופטיים קוונטיים רחוק סטטי.כמה מגמות מרגשות מצביעות על שילוב עתידי והתרחבות טכנולוגיות תקשורת קוונטיות.

תמונות Integrated Circles (PICs)

מערכות תקשורת קוונטיות נוכחיות לעתים קרובות להשתמש מרכיבים אופטיים רבתיים, דיסקרטיים הדורשים היערכות מדויקת.הכונן למיניטור מוביל לפיתוח של מעגלים משולבים פוטוניים קוונטיים (QPICs), שבו גלי גל, מתפצלים, משמרות שלב ואפילו גלאיים מוטבעים על שבב יחיד. Integrated SNS על פלטפורמות פוטוניקה הם אזור פעיל במיוחד של מחקר זה.

חדר-Temperature Single-Photon Detection

בעוד SNSPDs מציעים ביצועים שאין כמוהו, ההסתמכות שלהם על קירור Cryogenic היא מחסום משמעותי.יש מחקר אינטנסיבי בחומרים ומכשירים שיכולים להשיג רגישות צילום יחיד בטמפרטורת החדר.עם זאת, מגבלות פיזיות בסיסיות הופכות את זה מאתגר במיוחד. מועמדים פוטנציאליים כוללים גלאיים מבוססי dot-change, photodetectors אורגני, פגמים במצב מוצק. a Practical-temp-era SNS יהיה משחק אמיתי עבור התעשייה כולה.

Machine Learning and Fitive מקבל

מקלטים אופטיים מודרניים הם סטטיים.עם זאת, ערוץ קוונטי כפוף תנודות דינמיות באובדן, סחף קיטוב, ו- bireparnce. החוקרים מתחילים ליישם טכניקות למידה מכונה כדי ליצור מקלטים אופטיים אדפטיים מתאימים. המקלטים החכמים האלה יכולים באופן אוטומטי לכוונו את הפרמטרים שלהם (למשל, מתחים הטיה, שערי תזמון, תצורה סינון) כדי להתאים ביצועים בזמן אמת, המוביל יותר ויותר קישורים תקשורת קוונטית.

מבצע ארוך טווח עבור Global סיבים תשתית

סיבים אופטיים יש את האובדן הנמוך ביותר ב- C-band (1530-1565 nm) רוב מערכות התקשורת הקוונטיות פועלות באורכי גל אלה כדי לנצל את התשתית הקיימת, אך תקן InGaAs APDs יש מגבלות ביצועים כאן.יש דחיפה גוברת לפתח SNS מתקדמים אופטימיזציה עבור C-band ואפילו L-band, להבטיח כי הטכנולוגיה הטובה ביותר זמינה עבור הגלים בשימוש על ידי רשתות אלקטרו-מדומים.

מסקנה

המקלט האופטי הוא הרבה יותר מאשר טרנספורטור פשוט במערכת תקשורת קוונטית; זהו הממשק הקריטי המתורגם את העולם השברירי, הפרוביביליסטי של הקוונטים קובע בשפה ה ⁇ סטית של ההיגיון הקלאסי.הביטחון, מהירות ולהגיע לרשתות הקוונטיות קשורות ביסודו של מכשירים אלה, החל מ-APDs במערכת QKD מוקדם ועד ל-SMRIOS, אשר קרוב ל-SPDNUMST, החל מ-S, החל מ-FIDSTIOS, החל היום, להמשיך את הביצועים של רשתות אבטחה אופטיים, ככל האפשר, החלים של רשתות אופטיים של רשתות אופטיים של , החלים של אבטחה אופטיים, החלים של רשתות אופטיות, החל מ-Prem-S.