Quantum の通信は粒子自体を伝達しなくても、粒子の量子の状態を別の場所に移すプロセスです。それは量子の絡み合いに頼ります、そして2つの粒子が相関する現象は、距離に関係なく、瞬時に他の影響を測定する。物理的問題の報告から遠く離れたところ、この技術は量子情報(量子情報)を移動し、将来の量子技術のためのコーナーストーンを生成します。まず第一次は、原子と既存の基準を調べ、1993キロを超える実験を計画しています。

量子通信のコア原則

Quantum Entanglementとベル・アメリカ

量子の通信の基礎は、絡み合っています。2つの量子(量子ビット)が絡み合っていると、その結合された状態は独立して記述できません。それらは共同システムを形成します。最も一般的なエンタングル状態は、Bellの状態です。 |Φ^+(|00> + 11)/√2、 |Φ^-> = (|00> - )/√2、 |φ^- △ | △ △ △ | △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △

通信プロトコル

通信プロトコルは、エンタング、測定、再構築の3つのステップで構成されています。

  • [] 角度設定の準備:[] アリスとボブは、エンタグルされたペア(粒子BとC)を共有します。 当初、状態についての情報なし | ⁇ はBまたはCに存在しています。
  • Bell測定:]]Aliceは粒子A(含有する ⁇ )とエンタグルドペアの彼女の半分(粒子B)のジョイント測定を行います。 この測定は、AとBの結合システムを4つのBell状態の1つに分割します。 測定は元の状態を破壊し、Aの結果を瞬時にBobの粒子Cにリンクします。
  • [古典的な通信と再建:[アリスは、従来のチャネル(例えば、光ファイバケーブルまたはラジオ)上のボブに彼女の鐘測定(2古典的なビット)の結果を送ります。 受信ビットに基づいて、ボブは、特定の単一操作(量門)を粒子Cに当てます。 この操作は、正確にC上の状態を再現します C上の ⁇ 。

重要なのは、ベル測定中に元の状態 | ⁇ が破壊される—これは、未知の量子状態の完璧なコピーを作ることを禁止するノクロノルダムを満たします。 このように、通信は、コピーではなく、量子情報ではなく、転送します。

古典的コミュニケーションの役割

量子通信では古典的通信が不可欠です。それなしで、ボブはどの単一変換が適用するかを知りません。古典的な情報は光の速度を超過することができないため、通信はより速く日光の通信を許可しません。2つの古典的なビットは光速で最高の旅行をします、従って全体的なプロセスは相対性を尊重します。この古典的なチャネルはまた、通信ベースのプロトコルの有効なスループットを制限する遅延をもたらします。

重要な技術要件

継続的展開

角化は壊れやすいです。環境との相互作用は、通信のために不可欠の相関を破壊するdecoherenceを引き起こします。距離にわたって絡み合を維持するために、研究者は低損失光ファイバ、空き領域レーザーリンク、または衛星チャンネルを使用します。彼らはまた、部分的に劣化した状態を浄化するエンタグルメント蒸留のような技術を採用しています。例えば、ミクシウス衛星(中国)は、遠方分布および距離を超過する効果を実証しました。

量子の中継器および長距離の通信

長繊維に及ぶ光ファイバの直接伝達は、指数関数的な損失に苦しむ。これを克服するために、量子の中継器は提案されます。量子の中継器は、各セグメントに合計距離を分割し、各セグメントに絡み合いを確立し、それらを接続するための絡み合いスワップを行います。量子の通信は、これらのスワップの小学校の操作です。最近の実験は、将来のインターネット量子のための高速化と速度の上昇を拡張する繊維ネットワーク上の通信を実証しました。

理論を超えた実践的なアプリケーション

量子通信ネットワーク

Quantum テレポートは、ネットワーク内のノード間で量子状態の安全な転送を可能にします。これは量子インターネットの構築に不可欠です。量子プロセッサ間で量子通信を通信できるため、分散量子計算と安全な通信を可能にします。世界中の企業や研究グループは、例えば、Hefei (中国)、東京、およびケンブリッジ(米国)で、都市圏ネットワークを開発しています。これらのネットワークは、別の物理システムを連結するために、フォトニックテレポーテーションを使用します。

分散量子計算

大規模な量子コンピュータは、通信によってリンクされている複数の小さな量子プロセッサから構成することができます。チップ間で物理的な量子を移動する代わりに、通信は量子状態を転送し、一貫性を維持します。このアーキテクチャは、モジュラースケーリングと簡単なエラー補正を可能にします。例えば、通信は、ゲートテレポーテーションとして知られている異なるプロセッサー上の量子ゲートを実装することができます。それは、近距離デバイスの機能を終了します。

セキュアなデータ伝送(量子のキーの配分)

量子の鍵配布(QKD)は、しばしば、量子の直接伝達に基づいているが、通信は代替手段を提供します。通信ベースのQKDプロトコル。このスキームでは、エンタングル状態はアリスからボブに秘密鍵を確立するためにテレポートされます。通信は同じ方法で送信された状態をチャネルに露出しないため、特定の攻撃と損失に対してより強固にすることができます。さらに、通信は量子の暗号化とマルチコンピューティングの基本的な原則です。

課題と現状の研究開発のフロンティア

忠実度とエラー修正

量子の通信の成功は、どのように正確に、通信状態が元の一致しているか、忠実度によって測定されます。 比喩性は、感染の絡み合い、伝達中の損失、およびベル測定の騒音によって劣化することができます。 現代の実験は90%以上の繊維を達成しますが、欠陥耐性量子ネットワークのために99.99%に近づいています。 量子のエラー補正コードは、通信状態を保護するために使用できるが、それらは追加の量子資源と研究の能力を向上させるために積極的に必要である。 調査結果は、研究の能力と研究の能力を向上します。

テレポーテーションのスケールアップ

ほとんどの通信デモは、一回に1回、通信する1回。 有用であることは、通信は、高速度(例えば、通信量1秒あたりの通信量)で動作し、マルチビット状態をサポートする必要があります。 これは、多重化、高速電子化、および正確な同期が必要です。 統合フォトニクスおよびチップスケール量子デバイスでは、通信量の設定を最小限に抑えることを約束しますが、大規模エンジニアリングの課題は残っています。

衛星に基づく通信

ミクシウス衛星実験 (2016-2020) は、地上局から衛星およびその逆に量子通信を達成することによってマイルストーンをマークしました。 これらのテストは、下り回線のエンタコールソースを使用して、地面で行われたベル測定で。 衛星は、古典的な情報を中継して、状態を再構築しました。 結果は、80%を超える忠実度で最大1,400キロ離れた距離にわたって通信を確認しました。 将来のプロジェクトは、世界的なテレータムを世界規模に利用できるようにするために、複数の衛星ネットワークを確立することを目指しています。

量子通信の未来

テクノロジーが成熟するにつれて、量子テレポーテーションは、実験室のデモンストレーションから実際のインフラへ移行します。 欧州量子インターネットアライアンス、米国量子インターネットのためのエネルギー計画の部門、および中国量子実験をSpace Scale(QUESS)プログラムで行うことは、通信ベースのネットワークに投資しています。 数十年以内に、数都市をリンクする初の統合量子ネットワークテスト、量子コンピュータと通信速度を組み合わせるテレポーテーションを使用して、および速度を低下させるなどの機能的な機能が、このような機能的なパフォーマンスを加速するような、速度を低下させるような、および速度を低下させるなどの機能が、および速度を低下させるなどの機能的な機能的な機能的な機能が、および速度を低下させるなどの機能的な速度を低下させるなどの機能的な速度を低下させるなどの機能的な速度を低下させる。

テレポーテーションを定義するエンタグメント、測定、および古典的な通信の組み合わせは量子技術のコア操作を維持します。 マクロスコープオブジェクトを通信する一方で、科学のフィクション、量子状態を確実に移す能力は、外交、分散計算、および宇宙のより深い理解を確保するためにドアを開けます。

コンテンツ

Quantum の通信は理論的好奇心よりはるかにあります。それはキャリアの粒子を移動させることなしで量子情報の伝達を可能にする実用的な議定書です。entanglement および古典的なコミュニケーションを利用することによって、それはno-cloning 理論の基本的な制限を解決します。繊維のキロメートルから大陸間衛星リンクへの実験的な進歩のペースは、通信の可和性と重要性を宣言します。繊維の挑戦は、次の要素でありながら、計算は、次の要素を欠かせません。

更に読むには、C. H. Bennett et al., [ によるオリジナル提案を参照してください。 「デュアル・クラシックとEinstein-Podolsky-Rosenチャネルを介して未知の量子状態を報告する」[ (物理レビューレター, 1993) とJ. Yin et al., [FLT:] による空き領域で 143 km を超える量子テレポーテーションの最近のデモ [FLT] [FLT] [FLT] [FLT] [FLT] [FLT] [FLT] [FAT] [FAT] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [FLT