量子通信ネットワークの推進におけるエンタングメントの役割

セキュアなコミュニケーションの量子の生地

Quantum のエンタグメントは、現代の物理の最も偽りのない強力な現象の 1 つとして立っています。そのコアでは、エンタグメントは、2 つ以上の粒子が非常に深くリンクされる状態を記述し、それらを分離する距離に関係なく、瞬時に他の 1 つの影響を測定します。この非ローカル接続は、Albert Einstein が「距離でspooky アクション」と呼ばれる状態を、もはや単なる好奇心的な好奇心ではありません。それは、そのセキュリティを暗号化し、その範囲を超えて、クラシックシステムが、その効率性を約束する、そして、その効率性を加速します。

実際にどのようにエンタアングルメントが機能するか

周囲の角を理解するためには、まず量子粒子が測定されるまで固定特性を持たないことを承諾しなければなりません。例えば、フォトンは、観察されるまで明確な偏光を持っていません。2つのフォトンが絡み合っているとき、それらの偏光は、水平方向偏光されるように測定されると、もう一方は垂直偏光され、そして逆のバーサであることがわかります。この相関は、写真が、または個々の結果が分離された場合でも、各々のクリティカルな関係が相関されます。

粒子が量子状態の一貫性を維持する方法で相互作用するときにエンタングメントが作成されます。一般的な方法は、単一の高エネルギーフォトンが2つの低エネルギーのエンタングルされたフォトンに分割し、またはトラップされたイオンシステム内の量子ゲートを介して、非線形結晶の下回帰(SPDC)を含む。コミュニケーションのために悪用された主な特性は、エンタングルリンクが壊れていることです。どの方向に反して、または、どの方向に反して、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または

Quantum の主配分: 囲うことの実用的な腕

コミュニケーションのエンタングメントの最も即時のアプリケーションは、量子のキー分布(QKD)です。伝統的な暗号化とは異なり、数学的な複雑さに依存し、強力な量子コンピュータによって壊れる可能性がある、QKDは、秘密保持を確実にするために物理の法律を使用しています。 Ekertプロトコル(E91)、および2つのパーティー(Aliceが名前を付けられた)とそれらが、それらが共有された結果と一致していない場合は、それらが、それらが、それらが、それらが共有されたことを識別するかどうかを識別することができます。

[
]「エンタングメントベースのQKDのセキュリティは、任意のエベスドロップパーが騒音を導入せずに量子状態をコピーできないという事実に基づかせています。測定の非常に作用は、侵入検知可能なシステムを妨げる。」 — 自然物理学の編集者、2020.

商用にデプロイされたQKDシステムは、多くの場合、エンタグルされたフォトンではなく、弱いコヒーレントパルスを使用しますが、エンタグルメントは、基本的な利点を提供します。それはデバイス独立QKD[]を構築するために使用することができます。セキュリティはハードウェアを信頼しない。まだ実験的ですが、デバイスに依存しないプロトコルは、無条件のセキュリティのための金規格を表しています。

量子インターネットの構築

量子通信の長期ビジョンは、ポイントツーポイントの鍵配分を超えて遠くまで拡張します。研究者は、量子デバイスを接続するグローバルネットワーク[]の量子インターネットに向かって取り組んでおり、分散量子コンピューティングを可能にし、超安全なデータ転送を可能にします。このネットワークの心臓部は、長距離にわたって絡み合い分布があります。しかし、直接、数百キロを超える光子を光ファイバを介して送信することは、信号を繰り返すために困難であり、このネットワークは、その場に反発する。

Quantum の中継器: 囲いの範囲を広げて下さい

古典的なリピーターはアナログ信号を増幅しますが、量子のリピーターは、単にノクロン化理論による量子状態をコピーすることはできません。代わりに、彼らは、ステージで長距離のエンアングルメントを作成するために、エンタグメントスワップと量子メモリの組み合わせを使用して、します。プロセスは次のように動作します。プロセスは、より短いセグメントに長い繊維リンクを分割し、各セグメントにエンタグルメントを作成し、中間点でベルステート測定を使用して、境界線を変化させることなく、速度を変化させる必要があります。速度は、各セグメント全体が変化する速度が変化する速度が、変化する速度が変化します。

衛星に基づく量子通信

距離制限を克服するためのもう1つのアプローチは、衛星を使用しています。 2016年に発売された中国ミシウス衛星は、成功したグラウンドステーション間の1,200キロ以上のエンタリング分布を実証しました。また、中国とヨーロッパ間の相互コンチネンタルQKD。衛星リンクは、ほとんどのパスが空のスペースを介してあるので、長距離にわたって光ファイバーの指数関数的な損失を回避します。この技術は、数千人の繰り返しの必要性なしに、大陸を接続することができる世界的な量子ネットワークのための方法を明らかにします。

ロード・トゥ・スケーラブル・ネットワークへの挑戦

顕著な進歩にもかかわらず、いくつかの技術的なハードルは、エンタグメントベースの量子通信が主流になる前に残っています。

付着力および騒音

絡み合った状態は非常に壊れやすいです。環境の相互作用 - 空気分子、繊維の不純物、または熱振動によって、量子相関を破壊するdecoherenceを引き起こします。時間と距離の絡みを維持することは、超低損失材料、いくつかのqubitタイプのための低温冷却、および高度な誤差補正を必要とします。繊維では、減衰は、約100キロに直接的なエンアングル分布の実用範囲を制限します。

Quantum の記憶

量子繰り返すための重要なコンポーネントは、ミリ秒から秒間、リピータ操作が実行される間に、エンタング状態を保存できる信頼性の高い量子メモリです。原子のアンサンブルやトラップされたイオンに基づく現在の記憶は、ストレージ時間と忠実度が限られています。この領域の進行は加速され、最近の記憶の実証は1秒を超えた部屋の温度システム、しかし、多くの作業は残っています。

標準化と統合

量子ネットワークでは、既存の古典的なインフラと相互運用するために、業界標準が必要です。たとえば、エンタングメントベースのQKDのプロトコルは、キー蒸留、認証、およびエラー補正手順を定義する必要があります。 QKD[]のETSIグループがいくつかの基準を公開していますが、エンタングメントベースのバリアントは、まだ広く採用されていません。さらに、古典的なトランシーバーとネットワークを持つ量子コンポーネントを統合することは、非トリバイアルシステムです。

QKDを超えて:分散量子計算のためのエンタングルメント

Quantum通信ネットワークは、古典的なデータを保護するだけでなく、 配布量子コンピューティング]を有効にします。このモデルでは、異なるノードの交換型状態にある複数の小さな量子プロセッサが、任意のデバイス容量を超える問題を集約的に解決します。盲検量子コンピューティング、限られた量子能力を持つクライアントは、データや新興プロトコルを明らかにすることなく、遠隔量子サーバー上の計算を実行することができます。これらのプロトコルは、これらのプロトコルに依存するような、他のプロトコルに依存するような、または新しいプロトコルを使用する。

リアルワールド展開と実験

今後の方向性

先見して、いくつかの研究のアベニューは重要である:

[] 強化された生成速度を改良する - 現在のSPDCソースは、毎秒何百万のエンタングルされたペアを生成しますが、損失の会計後、小さな分のみが使用可能です。明るい、高忠実度ソースが必要です。
チップスケール量子デバイス[を開発する—インタング源、ディテクタ、およびフォトニックチップのメモリを統合することで、コストを削減し、スケーラビリティを向上させることができます。
[]ハイブリッド量子ネットワーク[ — ほかの量子リソース(例えば、絞る、クラスター状態)と絡み合って、センシングや計算のための追加の利点を提供することができます。
[デバイス独立プロトコル[の標準化 - 長期セキュリティのために、信頼できるノードアーキテクチャを超えて完全にデバイス独立QKDを超えて移動することは不可欠です。

量子のエンタングメントは、自然の魅力的な好奇心だけでなく、安全なコミュニケーションと分散コンピューティングについて考える方法を再構築する実用的なリソースです。研究者は、装飾、リピーター、統合の課題を克服するにつれて、エンタランメントベースのネットワークは、おそらく、最も強力な将来の広告に対するデータを保護する、グローバル通信インフラの重要な部分になります。