كيف يتم عبور الشبكات الكمومية

يعمل الباحثون على تحسين نقل المعلومات دون خسارة بين العقد

قراءة بصوت عال

تتكون شبكات الكم من العقد التي يمكنها إرسال واستقبال حالات الكم عبر تبادل الفوتونات. مع هذه الشبكات ، على سبيل المثال ، يمكن تشفير الرسائل السرية بطريقة آمنة ليتم إرسالها. من المهم تمكين الاتصال الكمي بين أي عقد داخل الشبكة. كما أبلغ الباحثون في الطبعة الإلكترونية لفيزياء الطبيعة ، فإن كفاءة بروتوكول الكم تعتمد بشكل كبير على كيفية تمثيل العقد ومتشابكة.

{} 1L

باستخدام الخصائص التي لا تشتمل إلا على أنظمة الكم ، يمكن تصميم البروتوكولات لضمان نقل المعلومات دون ضياع بين أي عقدتين ، حتى في الشبكات الممتدة بلا حدود ، وفقًا لفريق البحث الدولي بقيادة البروفيسور إجناسيو سيراك من معهد ماكس بلانك للبصريات الكمومية وأنتونيو Acín من المعهد الدولي للفنون الجميلة (ICFO) ، ومعهد ماسيون لوينشتاين من معهد ICREA-Institució Catalana de Recerca i Estudis A-vançats في إسبانيا.

من بين أمور أخرى ، تتعامل نظرية المعلومات الكلاسيكية مع إيجاد الطريقة المثلى لنقل المعلومات بين أي عقدتين في الشبكة. هناك شيئان رئيسيان يجب مراعاتهما: أولاً ، أي عدد العقد التي يجب أن تكون متصلاً - سيكون مكلفًا ربطها جميعًا معًا - لضمان نقل. من ناحية أخرى ، في عدد وكيفية إرسال الرسالة من أجل إرسالها بالكامل ، لأنه ليس كل القنوات مثالية (أي لديك ضجيج).

بحثا عن البروتوكول الأمثل

أسئلة مماثلة يجب معالجتها في تصميم الشبكات الكمومية. من أجل نقل المعلومات الكمومية من العقدة A إلى العقدة B هنا - وتسمى هذه العملية أيضًا النقل عن بُعد - يتعين على المرء التأكد من تشابك العقدتين مع بعضهما البعض. إن تشابك نظامين كميين يعني أن خصائصهما مترابطة تمامًا وبالتالي مترابطة. عرض

كما هو الحال في نظرية المعلومات الكلاسيكية ، تم تصميم بروتوكولات النقل وفقًا لترتيب العقد ، ومن المهم أيضًا في نظرية المعلومات الكمومية إيجاد البروتوكول الأمثل لتكوينات محددة لشبكات الكم ، على مدى واسع - حتى في حدود شبكات الكم غير المحدودة. نقل المسافات دون خسارة.

شبكة الكم هي مجموعة من العقد التي من المحتمل أن تكون مرتبطة ، أي أن لديها درجة من التشابك. وبالتالي ، يجب إنشاء بروتوكولات فعالة تزيد من احتمال الحصول على أقصى تشابك بين أي عقد. على الرغم من أن البروتوكولات التي طورها Cirac وزملاؤه لهذا الغرض تستند إلى مفاهيم نظرية المعلومات الكلاسيكية (نظرية التدفق) ، فإنها تزيد من كفاءتها إلى حد كبير من خلال مراعاة الظواهر الكمومية واستغلالها.

التلاعب بت الكم

لذلك في الشبكات الكلاسيكية ، تُستخدم "مكررات التكرار" لمنع الاضمحلال الأسي للإشارة اعتمادًا على عدد العقد. لا يوجد تناظرية مباشرة في نظرية المعلومات الكمومية. لهذا ، توفر ميكانيكا الكم إمكانيات أكثر بكثير من نظرية المعلومات الكلاسيكية لمعالجة البتات الكمومية من أجل الحصول على المعلومات بشكل كامل.

يتمثل الاختلاف الأساسي في الأنظمة الكلاسيكية في أنك لم تعد بحاجة إلى النظر إلى القنوات والعقد بشكل فردي في شبكة الكم. بدلاً من ذلك ، يمكن اعتبار الشبكة كحالة كمية واحدة تشترك فيها العقد ، ومن ثم لم تعد تعمل على تحسين تشابك كل عقدتين ، ولكن التوزيع العالمي للتشابك.

حتى في ظل هذه الظروف ، كما يوضح Cirac وزملاؤه ، يمكن أن تؤدي البروتوكولات المختلفة إلى احتمالات نجاح مختلفة تمامًا لتحقيق أقصى قدر من التشابك بين العقد المختلفة. ومع ذلك ، بالنسبة لبعض الحالات الخاصة - شبكات أحادية وثنائية الأبعاد لها هندسة منتظمة خاصة - يحصل العلماء على بروتوكولات أفضل بكثير من بروتوكولات التدفق الكلاسيكية.

بروتوكول مثالي لسلسلة أحادية البعد

بالنسبة إلى السلسلة أحادية البعد ، تم العثور على البروتوكول الأمثل: حتى في ظل الظروف التي تتحلل فيها الإشارة تقليديًا بشكل كبير ، يكون إرسال المعلومات الكمومية دون خسارة هنا ممكنًا. وهكذا يمكن فهم مكررات الكم على أنها شبكات كمومية بسيطة تتيح الاتصال الكمي عبر مسافات طويلة.

توضح الحسابات أن النظام يخضع لنوع من انتقال المرحلة فيما يتعلق بدرجة التشابك: أقل من قيمة عتبة معينة لدرجة الاحتواء ، "التدفق" هو ​​ نقل من A إلى B ، يساوي الصفر. فوق هذه القيمة ، يحصل التدفق على قيمة ثابتة معينة والتي أصبحت الآن مستقلة عن مسافة العقد.

يحدد توزيع الحبس في شبكة الكم إطار عمل تجد فيه الطرق والمفاهيم الإحصائية مثل نظرية التدفق الكلاسيكي تطبيقًا طبيعيًا. وهذا يؤدي إلى ظاهرة حرجة جديدة ، والانتقال من مرحلة إلى مرحلة. المعلمة الحرجة المقابلة هي القيد الأدنى الضروري لإنشاء قناة كمومية مثالية على مسافات طويلة. وهو يتوافق مع احتمال التدفق الذي لا يتحلل بشكل كبير مع المسافة أو عدد العقد. لمزيد من التطوير لشبكات الكم ، من الضروري أن نفهم بشكل أفضل استراتيجيات الحبس والتدفق هذه.

(idw - معهد ماكس بلانك للبصريات الكمية ، 26.02.2007 - DLO)