量子通信

開発プロセス

1993年、CHBennettは量子通信の概念を提唱しました。同じ年に、さまざまな国の6人の科学者が、古典的な方法と量子法を組み合わせて量子テレポーテーションを実現するスキームを提案しました：ある粒子の未知の量子状態を別の粒子に転送する粒子はそのまま残ります。基本的な考え方は、元の情報を2つの部分に分割することです：古典的な情報と量子情報で、それぞれ古典的なチャネルと量子チャネルを介して受信機に送信されます。古典的な情報は、送信者が元の物質に対して何らかの測定を実行することによって取得され、量子情報は、送信者が測定中に抽出しなかった残りの情報です。受信機は、これらの2種類の情報を完全に再現した後、元の量子状態を準備できます。このプロセスでは、元の物質自体ではなく、元の物質の量子状態のみが伝達されます。送信者はこの量子状態について何も知ることができませんが、受信者は他の粒子を元の物質の量子状態にします。このスキームでは、エンタングル状態の非局所性が非常に重要な役割を果たします。量子テレポーテーションは、物理学の分野で人々が神秘的な自然の法則を理解して明らかにするために重要であるだけでなく、量子状態を情報担体として使用して、量子状態の伝送を通じて大容量情報の伝送を完了することができ、原則として解読できない量子機密通信。

1997年、オーストリアで学んだ若い中国人学者のパンジャンウェイは、オランダの学者であるボミイスターらと協力して、未知の量子状態のリモート伝送を初めて実現しました。量子状態が地球Aの光子から地球Bの光子に正常に転送されたのは、世界で初めてです。実験では、GGクォート;状態GGクォートのみ。量子情報のを表現し、情報担体としての光子自体は伝達されません。

2012年、中国の科学者であるPan Jianweiらは、世界で最初の100キロの自由空間量子テレポーテーションとエンタングルメントの配信に成功し、世界初のGG quot;量子通信衛星GG quot;を打ち上げるための技術的基盤を築きました。国際的な権威のある学術誌GG quot; Nature""高損失地上での100キロメートルの伝送の成功は、低損失スペースでの伝送距離が1,000キロメートル以上に達することを意味し、基本的に長距離情報伝送の問題を解決します量子通信衛星GG quot;研究チームメンバーのPeng Chengzhi氏は、量子通信技術のコアテクノロジーにおける飛躍的な進歩は、将来的にグローバルな量子通信ネットワークを構築することが技術的に実現可能であることも示していると述べました。 8月9日、国際的な権威のある学術誌GG quot; Nature"この成果に焦点を当て、国際的な学界におけるその一般的な認識を表しています。"自然GG quot;雑誌はそれがGG引用であると言った;長距離量子通信GG引用のマイルストーンになることを約束する; GG引用;グローバル量子ネットワークGG引用に向けて;、欧州物理学会のウェブサイト、米国GG引用;サイエンスニュースGG quot;雑誌やその他の特別レポート。

基本的な内容

いわゆる量子通信とは、量子もつれ効果を利用して情報を伝達する新しいタイプの通信方法です。これは、過去20年間に開発された新しい学際的な開発であり、量子論と情報理論を組み合わせた新しい研究分野です。

光量子通信は、主に量子もつれ状態の理論に基づいており、量子テレポーテーション（伝送）を使用して情報転送を実現します。実験的検証によれば、絡み合った状態の2つの粒子がどれほど離れていても、一方が変化すれば、もう一方も瞬時に変化します。この機能を利用して光量子通信を実現するプロセスは次のとおりです。絡み合った状態の粒子のペアが事前に作成されます。 2つの粒子は通信の両側に配置され、量子状態が不明な粒子と送信側GG＃39;の粒子は一緒に測定され（操作）、受信側GG＃39;の粒子は瞬時に崩壊します（変更） ）、折りたたみ（変更）は特定の状態です。この状態は、折りたたみ（変更）後の送信側GG＃39; s粒子の状態と対称的であり、その後、共同測定情報がクラシックチャネルを介して受信機に送信され、受信機は、受信した情報（逆変換と同等）では、送信者と同じ未知の量子状態を取得できます。

光量子通信と比較して、古典的な通信はそのセキュリティと効率と比較することはできません。 Security-Quantum通信がGG quot; leak"になることはありません。量子暗号化の鍵はランダムです。盗まれたとしても、正しい鍵を取得できないため、情報を解読することはできません。 1つのGG＃39の手に絡み合った状態の2つの粒子、一方の粒子の量子状態が変化し、もう一方の側の量子状態がすぐに変化し、量子論によれば、あらゆる巨視的な観察と干渉がすぐに変化します量子状態、それが崩壊を引き起こしたので、干渉のためにスティーラーによって取得された情報は、元の情報ではなく破壊されました。効率的には、送信される未知の量子状態は、測定される前にもつれた状態になります。つまり、同時に複数の状態を表します。たとえば、量子状態は、2つの数値0と1を同時に表すことができます7このような量子状態は、128のステータスまたは128桁を同時に表すことができます（0〜127）。このような光量子通信の伝送は、従来の通信方式の128倍に相当します。伝送帯域幅が64ビット以上の場合、効率の差は2〜Nの驚異的なパワー以上になると考えられます。

ここに量子もつれのさらなる説明があります。量子もつれはGG quot; Schrodinger GG＃39; s cat"で理解できます：毒の入った箱に猫を入れ、箱を覆った後、しばらくして、猫が死んでいるか生きているかを尋ねますか？量子物理学への答えは、死んでいると同時に生きているということです。一部の人々は、箱を開いてそれを見てもわからないと言うでしょう。はい、箱を開けると猫が死んでいるか生きているかがわかりますが、量子物理学の解釈によれば、この死んでいる状態は人間の観察の結果です。つまり、人間のマクロの障害によって猫は死んでいるか生きていますか、箱が覆われたときの真の状態ではありません。同様に、微視的粒子はGG quot; dead"に含まれています。"ライブGG quot; GGクォートになる前の状態;乱れたGGクォート;それは両方ともGG quot; 0"と言うことができます。" 1"。

量子通信は高効率、絶対安全という特徴があり、現時点では国際量子物理学と情報科学の研究ホットスポットです。量子通信の起源をたどるには、アインシュタインGG＃39; s" ghost" ;、量子もつれの証拠から始める必要があります。

絡み合った粒子間の相互作用について人々は懐疑的であったため、物理学者はこの魔法の性質が何十年も真実であるかどうかを検証しようと試みてきました。

1982年、フランスの物理学者アランアスペクトと彼のチームは、GGクォートの現象の存在を確認する実験を成功裏に完了しました。量子もつれGGクォート。微視的粒子の。この結論は、西洋科学の主流の世界観に大きな影響を与えます。デカルト、ガリレオ、ニュートン以来、西洋の科学コミュニティの主流の考え方は、宇宙の構成要素は互いに独立しており、それらの間の相互作用は空間と時間によって制限されている（つまり、局所化されている）と考えています。量子エンタングルメントは、アインシュタインGG＃39;のゴーストスプーキーアクションの存在を確認します。それは、2つの物質の間で、たとえどれほど離れていても、互いに影響し合い、4次元時空の影響を受けないことを証明しています。制約は非局所的であり、宇宙には世界の深い内部接続があります。

量子エンタングルメント理論に基づいて、1993年にアメリカの科学者CHベネットは、量子通信（Quantum Teleportation）の概念を提案しました。量子通信は、量子状態によって情報を伝える通信方法です。これは、光子などの素粒子の量子もつれの原理を使用して、安全な通信プロセスを実装します。量子通信の概念の導入により、Einstein GG＃39; s" spooky"-量子もつれ効果が実際に真の力を発揮し始めました。

1993年、ベネットが量子通信の概念を提案した後、量子もつれの理論に基づいて、さまざまな国の6人の科学者が、量子テレポーテーション、つまり、粒子の未知の量子を実現するための古典的および量子的方法の使用を提案しました。別の場所に移され、別の粒子が量子状態に準備され、元の粒子はそのまま残ります。これが量子通信の本来の基本的な仕組みです。量子テレポーテーションは、物理学の分野で人々が自然の神秘的な法則を理解して明らかにするために重要であるだけでなく、量子状態を情報担体として使用して、量子状態の伝送を通じて大容量情報の伝送を完了し、量子を達成することができます原則として判読できません。機密通信。

1997年、オーストリアに留学した中国の若手学者パン・ジャンウェイは、オランダの学者ボミイスターらと協力して、未知の量子状態の遠隔伝達を初めて実現しました。量子状態が地球Aの光子から地球Bの光子に正常に転送されたのは、世界で初めてです。実験では、GGクォート;状態GGクォートのみ。量子情報のが表現され、情報担体である光子自体は伝達されません。

20年以上の開発の後、量子通信の分野は徐々に理論から実験および実用的な開発へと移行しました。関連する主な分野には、量子暗号通信、量子遠隔テレポーテーション、量子密符号化などがあります。

量子通信システムは、送信する情報が古典的なものか量子的なものかによって、2つのカテゴリに分類されます。前者は主に量子鍵の送信に使用され、後者は量子テレポーテーションと量子もつれの分布に使用できます。いわゆる不可視送信とは、ある種のGGクオート;完全なGGクオート;本物から切り離された情報伝達。物理学の観点から、目に見えない送信のプロセスは次のように想像できます：最初にオリジナルのすべての情報を抽出し、次に情報を受信場所に送信し、受信者はに基づいてオリジナルを構成する同じ基本ユニットを選択します情報、および製造元の完全なレプリカ。ただし、量子力学の不確実性の原理では、オリジナルのすべての情報を正確に抽出することはできず、このレプリカは完全ではありません。したがって、長い間、テレポーテーションは空想に過ぎませんでした。

1993年、さまざまな国の6人の科学者が、古典的および量子的方法を使用して量子テレポーテーションを実現するスキームを提案しました。粒子の認識されていない量子状態を別の場所に転送し、別の粒子を準備します。 。基本的な考え方は、元の情報を2つの部分に分割することです：古典的な情報と量子情報で、それぞれ古典的なチャネルと量子チャネルを介して受信機に送信されます。古典的な情報は、送信者が元の物質の特定の測定を行うことによって取得され、量子情報は、送信者が測定で抽出しなかった残りの情報です。受信者がこれらの2種類の情報を取得した後、元の量子状態を完全に複製して準備できます。このプロセスでは、元の物質自体ではなく、元の物質の量子状態のみが伝達されます。送信者はこの量子状態について何も知ることができませんが、受信者は他の粒子を元の量子状態にします。

このスキームでは、絡み合った状態の非局所性が重要な役割を果たします。量子力学は非局所理論であり、ベルGG＃39;の不等式に違反する実験結果によって確認されています。したがって、量子力学は直観に反する多くの効果を示します。量子力学では、2つの粒子状態は、それらの間の関係を古典的に説明できないような方法で準備できます。このような状態をもつれ状態と呼ぶ。量子エンタングルメントとは、2つ以上の量子システム間の相互作用を指します。量子テレポーテーションは、物理学の分野で神秘的な自然の法則を理解して明らかにするために非常に重要であるだけでなく、量子状態を情報担体として使用して、量子状態の伝送を通じて大容量情報の伝送を実現できます。これは原則として解読できません。量子機密通信。

1997年、オーストリアに留学した若い中国人学者のパン・ジャンウェイとオランダの学者ボミイスターらが初めて協力して、未知の量子状態の長距離伝送を実現した。量子状態が地球Aの光子から地球Bの光子に正常に転送されたのは、世界で初めてです。実験で送信されたのは、GG quot; state"を表すだけでした。量子情報、および情報担体としての光子自体は送信されませんでした。すぐに、Pan Jianweiと彼の共同研究者は、高品質の量子もつれ状態を精製する方法の研究に新たな進歩を遂げました。長距離にわたる量子状態のテレポーテーションでは、多くの場合、事前に最大の量子もつれ状態を2つの離れた場所で共有できるようにする必要があります。しかし、さまざまな不可避の環境ノイズにより、量子もつれ状態の品質は、伝送距離が長くなるにつれてますます悪化します。したがって、現在の量子通信研究では、高品質の量子もつれ状態をいかにして精製するかが重要な課題となっています。

多くの国際的な研究グループがこの問題に取り組んでおり、量子もつれ状態の精製のための一連の理論的解決策を提案していますが、それらのいずれも既存の技術では達成できません。その後、Pan Jianweiらは、既存の技術を使用して実験的に実現可能な量子もつれ状態精製の理論的解決策を発見し、現在では原理的に長距離量子通信の基本的な問題を解決しています。この研究成果は、国際的な科学界から高く評価されており、GG quotと呼ばれています。長距離量子通信研究GGの飛躍的進歩です。