未來的信息技術(shù)ppt課件(編輯修改稿)
2025-06-01 00:05 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 絡(luò) 三、量子因特網(wǎng) 量子隱形傳態(tài) (Quantum Teleportation) —— 傳送單個量子比特的技術(shù) Teleported state initial state EPRource BSM Classical information Alice Bob Entangled pair U 三、量子因特網(wǎng) C BS PD O 偏振器 A1 A2 Alice Bob Carol ?B?B實驗驗證 奧地利小組的實驗原理圖 三、量子因特網(wǎng) 量子通信采用量子技術(shù)來傳送量子信息，它比起現(xiàn)有因特網(wǎng)有一系列優(yōu)點，美國擬在10年左右實現(xiàn)全球量子因特網(wǎng)。 如圖 2所示，量子因特網(wǎng)的功能是在網(wǎng)中任何兩個通信節(jié)點之間實現(xiàn)量子信息的交換，或者多個節(jié)點協(xié)同進行分布計算，其核心技術(shù)包括：量子態(tài)工程、量子通道、糾纏操控、量子信息處理器、量子測量技術(shù)等。 三、量子因特網(wǎng) 信源 編碼 信息傳輸 解碼與探測 量子態(tài)工程 單光子源 度 量 壓 縮 編 碼 直接通道 糾纏通道 信道容量 探測器 Bell基測量 廣義量子測量 QND 量子通信基本過程 三、量子因特網(wǎng) 量子態(tài)工程 研究如何制備、操縱和存儲作為信息載體的量子態(tài)等問題，包括： （ 1） 可控單光子源：目前實用單光子是種將激光脈沖衰減到平均每個脈沖只有 子的準單光子源，理想的單光子源應(yīng)是每個脈沖有且僅有一個光子，其發(fā)射時間、發(fā)射方向和光子頻率可以人為精確控制。人們正致力研制這種光子源，但尚未完成實現(xiàn)。 三、量子因特網(wǎng) （ 2）量子態(tài)操縱：量子態(tài)的制備、識別、克隆、變換以及層析照像等。 （ 3）量子存儲器：它應(yīng)必須能有效地存儲量子信息，以備進一步操作或傳送之用，主要研究內(nèi)容是尋找能夠長時間保存量子態(tài)的物理系統(tǒng)，并且要能克服環(huán)境的干擾即消相干問題。 （ 4）高亮度、高糾纏度的糾纏光子源的制備，其參數(shù)可控且其波長損耗最小。 三、量子因特網(wǎng) 信源編碼理論 研究如何在保持不失真的前提下有效壓縮量子信源的冗余度，以增大傳輸效率，涉及到量子信息度量問題，如保真度、距離熵、Holevo信息和可獲取信息，以及信源編碼問題，如編碼基的選取、對混合態(tài)和有限序列進行壓縮編碼等。 三、量子因特網(wǎng) 量子信道 研究如何建立遠距離的糾纏通道和在有噪聲通道中如何有效地傳送量子信息使其保真度達到所預(yù)期的值。包括： 信道消相干及其克服辦法：消相干過程，量子糾錯編碼， DFS編碼和 QND測量壓制損耗等。 糾纏通道的建立，關(guān)鍵性問題是遠距離糾纏通道的建立和局域量子操作的實現(xiàn)。 三、量子因特網(wǎng) 量子中繼原理和技術(shù)，解決所傳送的量子信息保真度隨距離指數(shù)衰減的難題，量子中繼通過糾纏交換將能有效制備和自動進行糾纏純化的短距離量子通道擴展為更遠距離，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜度是距離的多項式函數(shù)。 信道容量，研究糾纏通道在各種輔助條件（如 LQCC） 的通信能力。 三、量子因特網(wǎng) 基于量子糾纏的量子通信 目的：在相距甚遠的用戶之間傳送量子態(tài) 。 節(jié)點 節(jié)點 糾纏量子通道 關(guān)鍵問題： 糾纏度隨通道長度指數(shù)衰減 量子信息保真度指數(shù)衰減 三、量子因特網(wǎng) 解決辦法： 糾纏純化 ， 即由若干被破壞的糾纏通道純化成最大糾纏通道。 存在問題： 所需的部分糾纏通道數(shù)隨距離增大指數(shù)增長。 三、量子因特網(wǎng) 量子中繼器 ：原則上可以解決保真度指數(shù)衰 減的困難 其基本思想：將通信信道按衰減長度量級分 成若干段 （ 1）每段產(chǎn)生糾纏和純化 （ 2）經(jīng)由糾纏交換將相鄰段落間接起來 （ 3）因糾纏交換使糾纏度降低，需要再純化，如此反復(fù)進行 三、量子因特網(wǎng) 關(guān)鍵的硬件是“量子存儲器” ? 純化是概率性的， 純化成功后存儲且保持該段量子態(tài)，只需對失敗段再純化。這是確保通信效率多項式擴展的核心。若無存儲器，則要求所有段的純化要同時成功，這樣的事件的概率隨距離指數(shù)降低！ ? 原子量子存儲器：將量子信息存儲于原子態(tài)中，而不是光子態(tài)，這要求光腔 Q值很高以使光子與原子有強耦合，可用于原子糾纏的產(chǎn)生，純化 三、量子因特網(wǎng) Duan等 人提出 熱原子 系綜方 案，可 以解決 上述問 題 三、量子因特網(wǎng) 糾纏的產(chǎn)生 三、量子因特網(wǎng) 采用線性光學通過交換實現(xiàn)糾纏連接 三、量子因特網(wǎng) 如類似 于 Ekert 方案的 量子密 鑰分配 最終的 EME態(tài)可直接用于通信 三、量子因特網(wǎng) Nonclassical photon pairs generated from a roomtemperature atomic ensemble Abstract: We report experimental generation of nonclassically correlated photon pairs from collective emission in a roomtemperature atomic vapor cell. The nonclassical feature of the emission is demonstrated by observing a violation of the CauchySchwarz inequality. Each pair of correlated photons are separated by a controllable time delay up to 2 microseconds. This experiment demonstrates an important step towards the realization of the DuanLukinCiracZoller scheme for scalable longdistance quantum munication. （ Phys. Rev. A 2022年發(fā)表） 三、量子因特網(wǎng) 在上述方案中 ,首要的一步是演示在所發(fā)射的光子與長壽命集體原子激發(fā)之間的量子關(guān)聯(lián)。 在這個實驗中，我們在室溫 Rb原子氣體中觀察這個非經(jīng)典關(guān)聯(lián)。 在實驗中，原子集體激發(fā)不斷地被轉(zhuǎn)換成光子，由此，我們便可觀察兩個相繼發(fā)射光子之間的關(guān)聯(lián)。 三、量子因特網(wǎng) 三、量子因特網(wǎng) S1 Gate1 S2 Gate2 s?1s?1 s?200?????A full duty cycle (a) (b) (c) acbw??acbr?39。?write read Stokes photon AntiStokes photon SM fiber Read beam C Magic shield ADBDCDDD1F2F2PBS1PBS 1BS2BSWrite beam SM fiber SM fiber SM fiber 三、量子因特網(wǎng) 由測得數(shù)據(jù)來檢驗是否違背 CauchySchwarz 不等式 : 實驗結(jié)果 三、量子因特網(wǎng) Wei Jiang, Chao Han, Peng Xue, LuMing Duan, GuangCan Guo, Preprint quantph/0309175 三、量子因特網(wǎng) 同 Kimble， Lukin兩個小組的實驗相比， 我們的實驗有以下優(yōu)點： 采用室溫 Rb原子氣體，比
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