Kvanttiviestintä on kvantti-informaatioteknologian keskeinen osa. Sen etuja ovat ehdoton salassapito, suuri viestintäkapasiteetti, nopea siirtonopeus ja niin edelleen. Se pystyy suorittamaan erityistehtäviä, joita klassinen viestintä ei pysty saavuttamaan. Kvanttiviestintä voi käyttää salaista avainjärjestelmää, jota ei voida purkaa, jotta saavutettaisiin todellinen turvallisen viestinnän tunne. Siksi kvanttiviestinnästä on tullut tieteen ja teknologian eturintamassa maailmassa. Kvanttiviestintä käyttää kvanttitilaa informaatioelementtinä tehokkaan tiedonsiirron toteuttamiseksi. Se on uusi vallankumous viestinnän historiassa puhelin- ja optisen viestinnän jälkeen.
Kvanttiviestinnän pääkomponentit:
Kvanttiavaimen jakelu：
Kvanttisalaisavainten jakelua ei käytetä luottamuksellisen sisällön siirtämiseen. Sitä käytetään kuitenkin salauskirjan luomiseen ja välittämiseen eli yksityisen avaimen osoittamiseen henkilökohtaisen viestinnän molemmille osapuolille, mikä tunnetaan yleisesti kvanttikryptografisena viestinnänä.
Vuonna 1984 yhdysvaltalainen Bennett ja kanadalainen Brassart esittivät BB84-protokollan, joka käyttää kvanttibittejä tiedonkantajina kvanttitilojen koodaamiseen hyödyntämällä valon polarisaatio-ominaisuuksia salaisten avainten generoimiseksi ja turvalliseksi jakeluksi. Vuonna 1992 Bennett ehdotti B92-protokollaa, joka perustuu kahteen epäortogonaaliseen kvanttitilaan, joilla on yksinkertainen virtaus ja puolihyötysuhde. Molemmat menetelmät perustuvat yhteen tai useampaan ortogonaalisten ja epäortogonaalisten yksittäisten kvanttitilojen joukkoon. Lopulta vuonna 1991 brittiläinen Ekert ehdotti E91-protokollaa, joka perustuu kahden hiukkasen maksimaaliseen lomittumistilaan, nimittäin EPR-pariin.
Vuonna 1998 ehdotettiin toista kuusitilaista kvanttikommunikaatiomenetelmää polarisaation valintaan kolmella konjugoidulla emäksellä, jotka koostuvat neljästä polarisaatiotilasta ja vasemmalle ja oikealle rotaatiolle BB84-protokollassa. BB84-protokollan on osoitettu olevan turvallinen kriittisen jakauman menetelmä, jota kukaan ei ole tähän mennessä murtanut. Kvanttiepävarmuuden ja kvanttikloonaamattomuuden periaatteet takaavat sen absoluuttisen turvallisuuden. Siksi EPR-protokollalla on olennainen teoreettinen arvo. Se yhdistää kietoutuneen kvanttitilan turvalliseen kvanttikommunikaatioon ja avaa uuden tavan turvalliselle kvanttikommunikaatiolle.
kvanttiteleportaatio:
Bennettin ja muiden tutkijoiden kuudessa maassa vuonna 1993 esittämä kvanttiteleportaatioteoria on puhdas kvanttisiirtotila, joka käyttää kahden hiukkasen maksimaalisen lomittumisen tilan kanavaa tuntemattoman kvanttitilan siirtämiseen, ja teleportaation onnistumisprosentti nousee 100 prosenttiin [2].
Vuonna 199 itävaltalainen Zeilingerin ryhmä suoritti ensimmäisen kokeellisen verifioinnin kvanttiteleportaation periaatteelle laboratoriossa. Monissa elokuvissa esiintyy usein tällainen juoni: salaperäinen hahmo katoaa yhtäkkiä yhteen paikkaan ja yhtäkkiä ilmestyy paikalleen. Koska kvanttiteleportaatio kuitenkin rikkoo kvanttikloonaamattomuuden periaatetta ja Heisenbergin epävarmuutta kvanttimekaniikassa, se on vain eräänlaista tieteisfiktiota klassisessa viestinnässä.
Kvanttiviestinnässä otetaan kuitenkin käyttöön poikkeuksellinen kvanttilomittuvuuden käsite, joka jakaa alkuperäisen tuntemattoman kvanttitilatiedon kahteen osaan: kvantti-informaatioon ja klassiseen informaatioon, mikä tekee tästä uskomattomasta ihmeestä mahdollisen. Kvantti-informaatio on tietoa, jota ei eroteta mittausprosessissa, ja klassinen informaatio on alkuperäinen mittaus.
Kvanttiviestinnän edistyminen:
Vuodesta 1994 lähtien kvanttikommunikaatio on vähitellen siirtynyt kokeelliseen vaiheeseen ja edennyt kohti käytännön tavoitetta, jolla on erinomainen kehitysarvo ja taloudellinen hyöty. Vuonna 1997 nuori kiinalainen tiedemies Pan Jianwei ja hollantilainen tiedemies Bow meister kokeilivat ja toteuttivat tuntemattomien kvanttitilojen etäsiirron.
Huhtikuussa 2004 Sorensen ym. toteuttivat ensimmäistä kertaa 1,45 km:n tiedonsiirron pankkien välillä käyttämällä kvanttilomittumisjakaumaa, mikä kuvaa kvanttiviestintää laboratoriosta sovellusvaiheeseen. Tällä hetkellä kvanttiviestintäteknologia on herättänyt merkittävää huomiota hallituksissa, teollisuudessa ja akateemisessa maailmassa. Myös jotkut tunnetut kansainväliset yritykset kehittävät aktiivisesti kvantti-informaation kaupallistamista, kuten British Telephone and Telegraph Company, Bell, IBM, AT & T Laboratories Yhdysvalloissa, Toshiba Japanissa ja Siemens Saksassa. Lisäksi vuonna 2008 Euroopan unionin "kvanttikryptografiaan perustuva maailmanlaajuinen turvallisen viestintäverkon kehityshanke" perusti 7-solmuisen turvallisen viestinnän demonstraatio- ja varmennusverkon.
Vuonna 2010 yhdysvaltalainen Time-lehti raportoi Kiinan 16 km:n kvanttiteleportaatiokokeilun onnistumisesta "räjähtävät uutiset" -palstalla otsikolla "Kiinan kvanttitieteen harppaus". Tämä viittasi siihen, että Kiina voi perustaa kvanttitietoliikenneverkon maan ja satelliitin välille [3]. Vuonna 2010 Japanin kansallinen tiedustelu- ja viestintätutkimuslaitos sekä Mitsubishi Electric ja NEC, Sveitsin ID Quantit, Toshiba Europe Limited ja Itävallan Wien perustivat Tokioon kuusisolmuisen metropolialueen kvanttitietoliikenneverkon "Tokyo QKD Network". Verkko keskittyy Japanin ja Euroopan kvanttitietoliikenneteknologian korkeimman kehitystason omaavien tutkimuslaitosten ja yritysten uusimpiin tutkimustuloksiin.
Kiinan "Piilaaksossa" – Pekingin Zhongguancunissa – sijaitseva Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. on korkean teknologian yritys, joka on omistautunut palvelemaan kotimaisia ja ulkomaisia tutkimuslaitoksia, tutkimuslaitoksia, yliopistoja ja yritysten tieteellisen tutkimuksen henkilöstöä. Yrityksemme harjoittaa pääasiassa optoelektronisten tuotteiden itsenäistä tutkimus- ja kehitystyötä, suunnittelua, valmistusta ja myyntiä sekä tarjoaa innovatiivisia ratkaisuja ja ammattimaisia, yksilöllisiä palveluita tieteellisille tutkijoille ja teollisuusinsinööreille. Vuosien itsenäisen innovaatiotoiminnan jälkeen se on muodostanut rikkaan ja täydellisen sarjan valosähköisiä tuotteita, joita käytetään laajalti kunnallis-, sotilas-, liikenne-, sähkö-, rahoitus-, koulutus-, lääketieteen ja muilla teollisuudenaloilla.
Odotamme innolla yhteistyötä kanssanne!
Julkaisun aika: 05.05.2023