Komunikacja kwantowa stanowi centralny element kwantowej technologii informacyjnej. Jej zalety to absolutna tajność, duża przepustowość, duża prędkość transmisji itd. Może ona realizować zadania, których nie jest w stanie zrealizować komunikacja klasyczna. Komunikacja kwantowa wykorzystuje system klucza prywatnego, którego nie da się rozszyfrować, aby zapewnić prawdziwą istotę bezpiecznej komunikacji, dlatego też stała się ona pionierem nauki i technologii na świecie. Komunikacja kwantowa wykorzystuje stan kwantowy jako element informacji, umożliwiając skuteczną transmisję informacji. To kolejna rewolucja w historii komunikacji, po telefonie i komunikacji optycznej.
Główne elementy komunikacji kwantowej:
Dystrybucja tajnego klucza kwantowego:
Kwantowa dystrybucja klucza tajnego nie służy do przesyłania poufnych treści. Służy ona jednak do tworzenia i przekazywania księgi szyfrów, czyli do przydzielania klucza prywatnego obu stronom komunikacji osobistej, co powszechnie nazywa się komunikacją w kryptografii kwantowej.
W 1984 roku Bennett ze Stanów Zjednoczonych i Brassart z Kanady zaproponowali protokół BB84, który wykorzystuje bity kwantowe jako nośniki informacji do kodowania stanów kwantowych, wykorzystując charakterystykę polaryzacji światła do generowania i bezpiecznej dystrybucji tajnych kluczy. W 1992 roku Bennett zaproponował protokół B92 oparty na dwóch nieortogonalnych stanach kwantowych o prostym przepływie i wydajności połowicznej. Oba te schematy opierają się na jednym lub kilku zestawach ortogonalnych i nieortogonalnych pojedynczych stanów kwantowych. Wreszcie, w 1991 roku, Ekert z Wielkiej Brytanii zaproponował protokół E91 oparty na dwucząstkowym stanie maksymalnego splątania, a mianowicie parze EPR.
W 1998 roku zaproponowano kolejny sześciostanowy schemat komunikacji kwantowej do selekcji polaryzacji na trzech sprzężonych bazach, składających się z czterech stanów polaryzacji oraz rotacji lewostronnej i właściwej w protokole BB84. Protokół BB84 okazał się bezpieczną metodą dystrybucji krytycznej, której jak dotąd nikt nie złamał. Zasada nieoznaczoności kwantowej i kwantowego nieklonowania zapewniają jego absolutne bezpieczeństwo. Dlatego protokół EPR ma istotną wartość teoretyczną. Łączy on splątany stan kwantowy z bezpieczną komunikacją kwantową i otwiera nowy sposób na bezpieczną komunikację kwantową.
teleportacja kwantowa:
Teoria teleportacji kwantowej zaproponowana przez Bennetta i innych naukowców w sześciu krajach w 1993 r. jest czystym trybem transmisji kwantowej, który wykorzystuje kanał maksymalnie splątanego stanu dwóch cząstek do przesyłania nieznanego stanu kwantowego, a wskaźnik powodzenia teleportacji osiągnie 100% [2].
W 1999 roku grupa A. Zeilingera z Austrii dokonała pierwszej eksperymentalnej weryfikacji zasady teleportacji kwantowej w laboratorium. W wielu filmach często pojawia się taka fabuła: tajemnicza postać nagle znika w jednym miejscu i nagle pojawia się w tym samym miejscu. Ponieważ jednak teleportacja kwantowa narusza zasadę nieklonowania kwantowego i nieoznaczoność Heisenberga w mechanice kwantowej, jest to po prostu rodzaj science fiction w klasycznej komunikacji.
Jednakże do komunikacji kwantowej wprowadzono wyjątkową koncepcję splątania kwantowego, która dzieli nieznaną informację o stanie kwantowym oryginału na dwie części: informację kwantową i informację klasyczną, co umożliwia ten niesamowity cud. Informacja kwantowa to informacja niewydobyta w procesie pomiaru, a informacja klasyczna to pierwotny pomiar.
Postęp w komunikacji kwantowej:
Od 1994 roku komunikacja kwantowa stopniowo wkracza w fazę eksperymentalną i zmierza ku praktycznemu celowi, który ma ogromne znaczenie rozwojowe i przynosi korzyści ekonomiczne. W 1997 roku Pan Jianwei, młody chiński naukowiec, i Bow Meister, holenderski naukowiec, przeprowadzili eksperymenty i zrealizowali zdalną transmisję nieznanych stanów kwantowych.
W kwietniu 2004 roku Sorensen i wsp. po raz pierwszy zrealizowali transmisję danych na odległość 1,45 km między bankami, wykorzystując kwantowy rozkład splątania, wyznaczając tym samym drogę komunikacji kwantowej od etapu laboratoryjnego do etapu zastosowania. Obecnie technologia komunikacji kwantowej cieszy się dużym zainteresowaniem rządów, przemysłu i środowiska akademickiego. Niektóre znane międzynarodowe firmy, takie jak British Telephone and Telegraph Company, Bell, IBM, AT&T Laboratories w Stanach Zjednoczonych, Toshiba w Japonii, Siemens w Niemczech itp., aktywnie rozwijają komercjalizację informacji kwantowej. Ponadto, w 2008 roku, w ramach unijnego projektu „Globalny bezpieczny projekt rozwoju sieci komunikacyjnej opartej na kryptografii kwantowej” utworzono 7-węzłową bezpieczną sieć demonstracyjno-weryfikacyjną.
W 2010 roku amerykański magazyn Time poinformował o sukcesie chińskiego eksperymentu teleportacji kwantowej na odległość 16 km w rubryce „explosive news” pod tytułem „skok chińskiej nauki kwantowej”, wskazując, że Chiny mogą ustanowić kwantową sieć komunikacyjną między ziemią a satelitą [3]. W 2010 roku japoński Narodowy Instytut Badań Wywiadowczych i Komunikacyjnych oraz Mitsubishi Electric i NEC, szwajcarskie ID, Toshiba Europe Limited i Wiedeń w Austrii utworzyły sześciowęzłową metropolitalną sieć komunikacji kwantowej „Tokyo QKD network” w Tokio. Sieć koncentruje się na najnowszych wynikach badań instytucji badawczych i firm o najwyższym poziomie rozwoju w dziedzinie technologii komunikacji kwantowej w Japonii i Europie.
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. z siedzibą w chińskiej „Dolinie Krzemowej” – Beijing Zhongguancun – to zaawansowane technologicznie przedsiębiorstwo, które świadczy usługi krajowym i zagranicznym instytucjom badawczym, instytutom badawczym, uniwersytetom oraz pracownikom naukowo-badawczym przedsiębiorstw. Nasza firma zajmuje się głównie niezależnymi badaniami i rozwojem, projektowaniem, produkcją i sprzedażą produktów optoelektronicznych, a także dostarcza innowacyjne rozwiązania i profesjonalne, spersonalizowane usługi dla naukowców i inżynierów przemysłowych. Po latach niezależnej innowacji, firma stworzyła bogatą i doskonałą serię produktów fotoelektrycznych, które znajdują szerokie zastosowanie w sektorze komunalnym, wojskowym, transportowym, energetycznym, finansowym, edukacyjnym, medycznym i innych gałęziach przemysłu.
Czekamy na współpracę z Państwem!
Czas publikacji: 05-05-2023