Ang Quantum Fabric ng Ligtas na Komunikasyon

Ang Quantum blolowment ay nakatayo bilang isa sa pinaka-maliwanag ngunit malakas na phenomena sa modernong pisika. Sa core nito, ang pag-aalsa ay naglalarawan sa isang estado kung saan ang dalawa o higit pang mga partikulo ay nagiging malalim na nauugnay na ang pagsukat sa isa ay biglaang nakakaimpluwensiya sa isa, anuman ang distansiya na naghihiwalay sa mga ito. Ang hindi spektibong koneksiyon na ito, na ipinangako ni Albert Einstein na maghahatid ng higit sa klasikong aksiyon sa isang distansiya, ay hindi na lamang isang teoretikal na pag-urbytipornsiyal. ito ay naging batong-pundamental ng lumilitaw na mga network ng komunikasyong quantum, mga sistemang pang-estikatibo na nagbibigay ng mga komunikasyon, na nagbibigay ng pangako upang ihatid ang higit pangkagatong makakapag-gawa at kahusayan na makakabuo ng mga klastang makakabuo ng mga klastomiko.

Kung Paano Talagang Gumagana ang Pag - uusap

Upang maunawaan ang pagkakahabi, dapat muna nating tanggapin na ang mga partikula ng quantum ay walang tiyak na mga katangian hanggang sa sukatin ang mga ito. Halimbawa, ang isang photon ay walang tiyak na polarisasyon hanggang sa ito ay makita. Kapag dalawang photon ang nasalabid, ang mga polarisasyon nito ay nagiging korporado sa paraang kung ang mga photon ay sinusukat na pahalang na mag-iisa, ang isa ay matatagpuang-isa, at ang kabaligtaran nito ay ang kontalidad ay na hawak kahit na ang mga photon ay magkahiwalay ng kilometro o higit pa.

Ang entlement ay nalilikha kapag ang mga partikulo ay nagreresulta sa konsumpsiyon ng kanilang mga estadong quantum. Ang mga karaniwang paraan ay kinabibilangan ng kusang parametric down-conversion (SPDC) sa mga kristal na hindi pa nababala, kung saan ang isang mataas-enerhiyang photon ay nahahati sa dalawang mas mababang-enerhiyang mga nasalabid na photon, o sa pamamagitan ng mga quantum tarangkahan sa mga nakabinang iono. Ang susing properensiyal na pwersa na pwersa na pwersa na mga partikulo ay mahina: anumang pagtatangka na maka-ka-ka sa anumang pag-ka-ka-ka-ka-ka-kate ng receiver ng mga partikulo na ma-ed na ma-edituto.

Pagbabahagi ng Kerntum: Ang Praktikal na Baluti ng Pag - aalsa

Ang pinaka-kabaligang aplikasyon ng pag-aalsa sa komunikasyon ay quantum key distribution (QKD)[. di tulad ng tradisyonal na encryption, na umaasa sa matematikal na kasalimuutan at maaaring mabasag ng mga makapangyarihang quantum computer, ginagamit ng QKD ang mga batas ng pisika upang matiyak ang paglilihim. Sa isang naka-baseng QKD protocol, tulad ng Ekert protocol (E91), dalawang partikulo (karaniwang pinangalanang Alice at Bob) ay gumagamit ng bawat isa na kuha mula sa isang nakasalarang na paraan. Kung ang mga subset ay maaaring matingnan ang mga subset sa mga ito ay maaaring makita sa mga base na may kasamang discleksiyon, kung ang mga elemental na ginagamit ang mga base na ginagamit ang mga subset sa publiko.

Ang seguridad ng pag-aalsa-based QKD ay naka-set sa katotohanan na ang anumang eavesdropter ay hindi maaaring gayahin ang estadong quantum nang hindi nagpapasok ng ingay.Ang mismong akto ng pagsukat ay nakagagambala sa sistema, ginagawang matutukoy ang panghihimasok. ⁇ — Nature Physics editoryal, 2020.

[[[[[1]

Ang mga sistemang komersyal na paglalagay ng QKD sa ngayon ay kadalasang gumagamit ng mga mahinang magkakaugnay na pulso sa halip na nakasalabid na mga photon, ngunit ang pag-aalsa ay nagbibigay ng isang pundamental na kalamangan: ito ay magagamit upang itayo Ang mga dedevice-independiyenteng QKD, kung saan ang seguridad ay hindi umaasa sa pagtitiwala sa hardware. Bagaman eksperimental pa rin, ang mga aparatong-independiyente ay kumakatawan sa pamantayang ginto para sa walang kondisyong seguridad.

Paggawa ng Quantum Internet

Ang long-term vision para sa quantum communication ay umaabot ng malayo sa punto-to-point key distribution. Ang mga mananaliksik ay gumagawa sa isang quantum internet – isang global network na nag-uugnay ng mga aparatong quantum, pinapayagan ang pamamahagi ng quantum computing, at nagdudulot ng ultrans-defluxure data transferation. Sa puso ng network na ito ay naka-dododokumentmentmentment sa ibayo ng malalayong distansiya. Gayunpaman, direktang transferi-trans sa mga signal na daan-daan ng optical na mga signal ay humahamon dahil ang mga signal at defix.

Mga Kenttum Repaniever: Naaabot ang Pangangalakal

Ang mga Klasikong replecters ay nagpapatibay ng mga analog na signal, ngunit ang mga quantum refrainer ay hindi maaaring basta kopyahin ang isang estadong quantum dahil sa no-cloning theorem.Sa halip, ang mga ito ay gumagamit ng kombinasyon ng mga bestruksyong breading na transfering na mga spesipikong mga bahagi, lumilikha ng mga pag-aasam ng mga pag-aasam sa mga wit at memoryang quantum upang lumikha ng isang mahabang-stainture na pag-interial inflication sa mga stainment. Ang proseso ay resulta ay nakasalatad sa buong distansiyang walang surpto sa buong pag-oras na stabilig na stabilig.

Komunikasyon ng Satelayt-Based Quantum

Ang isa pang paraan upang mapagtagumpayan ang mga limitasyon sa distansiya ay ang paggamit ng mga satelayt. Ang satelayt na Micius ng Tsina, na inilunsad noong 2016, ay matagumpay na nagpakita ng pag-iisyu ng mga distribusyon ng bidyo sa mahigit 1,200 kilometro sa pagitan ng mga istasyong panglupa, pati na rin ang intercontinental QKD sa pagitan ng Tsina at Europa.Ang mga kawing ng satelayt ay umiiwas sa eksponensiyal na pagkawala ng hiblang optikal sa mga malalayong lugar dahil ang karamihan sa landas ay sa pamamagitan ng walang laman na espasyo.Ang teknolohiyang ito ay nagbibigay daan para sa isang global na network na quantum na maaaring mag-ugnayan ng mga kontinente na hindi nangangailangan ng libu-libong mga repleksiyon.

Mga Hamon sa Daan Tungo sa mga Sealable Network

Sa kabila ng kahanga hangang pagsulong, ilang mga teknikal na harang ay nananatili bago ang naka-localment-based quantum komunikasyon ay nagiging karaniwan.

Pag - iwas at Ingay

Ang mga ugnayang pangkapaligiran — kasama ang mga molekula ng hangin, mga karumihan ng hibla, o thermal vibration — ay nagdudulot ng decohore, na sumisira sa quantum correlation.Sa pag-iingat ng pag-aalsa sa paglipas ng panahon at distansiya ay nangangailangan ng labis-mababang-lobo na mga materyales, cryogenic cooling para sa ilang mga quit type, at advance defic confiction.Sa fiber, ang attenuation ay nagtatakda sa praktikal na saklaw ng direktang pag-kodistributation sa halos 100 km nang walang rever.

Alaala ng Quantum

Ang isang kritikal na sangkap para sa mga quantum refrainer ay isang maaasahang memoryang quantum na maaaring mag-imbak ng mga estadong nakasalabid para sa mga millisecond hanggang segundo habang isinasagawa ang mga operasyong repleksiyon. Ang mga kasalukuyang alaala batay sa mga atomic ensembles o mga nakulong na ion ay may limitadong oras ng pag-iimbak at katapatan.Ang pagsulong sa lugar na ito ay bumibilis, na may kamakailang mga pagtatanghal ng mga alaalang higit sa 1 segundo sa mga sistemang silid-temperature, ngunit maraming mga trabaho ang nananatili.

Pamantayan at Pagkakasamâ

Para sa mga network ng quantum na makipag-ugnayan sa umiiral na klasikong imprastraktura, kinakailangan ang mga pamantayan ng industriya.[kailangan ng sanggunian] Ang mga protocol para sa pag-aalsa-based QKD, halimbawa, ay dapat magbigay kahulugan sa mga susing distilasyon, pag-aanalisa, at maling mga hakbang ng pagtutuwid. Ang ETSI group sa QKD ay nakapaglathala ng ilang mga pamantayan, ngunit ang mga naka-expostment-execasure na mga influsion ay hindi pa malawakang na tinatanggap. Karagdagan pa, ang mga bahagi ng quantum na may kaugnayan sa mga transibersective intentrce universe at mga sistemang interventrictriential.

Paglampas ng QKD: Paglalagay ng Paunawa Para sa Pamamahagi ng Quantum Computing

Ang mga Quantum communication network ay hindi lamang maka-aanyaya ng klasikong datos – sila rin ay magpapangyari na mag-distributed quantum computing[]. Sa modelong ito, ang multiple maliit na quantum processors na matatagpuan sa iba't ibang mga estadong quantum na nakasalabid na naka-dokumplemental na hindi kayang lutasin ang mga problema na nag-i-i-i-i-i-i-i-reth na application ang mga kaso ng mga high-distringlection na ito, kung saan ang isang kliyente na composure at ang mga compositions-ture-fiment.

Real-World Deployments and Experiments

Ang larangan ay gumagalaw lampas pa sa mga akademikong laboratoryo sa mga real-world testbed.DARPA Quantum Network sa Estados Unidos ay isang maagang demonstrasyon ng QKD sa ibayo ng multiple nodes.Ang Europa ay nagpapatakbo ng European Quantum Internet Alliance, na naglalayong maiugnay ang mga pangunahing lungsod sa multipleum links.[2] Ang Tsina ay nakagawa ng isang fiber 2,000 km sa pagitan ng QK at Beijing[2] Ang mga proyektong teknikal ay nasa loob pa rin ng mga proyektong inter-init.

Mga Tagubilin sa Hinaharap

Kung titingnan ang hinaharap, mahalaga ang ilang paraan ng pananaliksik:

  • [Indibleng nakasasalabidg mga rate – ang kasalukuyang mga source ng SPDC ay lumilikha ng milyun-milyong mga nakasalabid na pares sa bawat segundo, ngunit isang maliit na praksiyon lamang ang magagamit pagkatapos ng accounting para sa pagkawala.Ang mga mapagkukunang-yaman na maliwanag, mataas na-fidelity ay kinakailangan.
  • Ang pag-eevolveing chip-scale quantum devices — combination bloopment sources, detectors, at memory on photonic chips ay makababawas sa halaga at magpapabuti sa scalable.
  • Ang mga hybrid quantum networks — ang pagsasama ng pag-aalsa sa iba pang mga mapagkukunang quantum (hal., pagpiga, mga estadong kumpol) ay maaaring magbigay ng karagdagang mga bentaha sa sensing at pagkalkula.
  • Ang pag-aayos ng aparato-independiyente protocols[ — para sa pangmatagalang-term na seguridad, na gumagalaw lampas sa mga pinagkakatiwalaang-node na arkitektura upang ganap na ma-independiyenteng QKD ay magiging mahalaga.

Ang pag-aalsa sa Quantum ay hindi lamang isang kahali-halina na pag-usisa ng kalikasan – ito ay isang praktikal na mapagkukunan na nagreresulta sa kung paano natin iniisip ang sekswal na komunikasyon at pamamahagi ng kalkulasyon. habang dinadaig ng mga mananaliksik ang mga hamon ng decohorance, mga regulater, at pagsasama-sama, ang mga nakasasalabid-based na network ay malamang na maging isang kritikal na bahagi ng imprastraktura ng komunikasyon sa buong mundo, na pinoprotektahan ang datos laban kahit sa pinakamakapangyarihang mga kalaban sa hinaharap.