زمايشگاه كوآنترونيكس-مركز تحقيقات نانوپترونيكس آ

دآنشكده مهندسي برق

دآنشگاه علم و صنعت آيرآنhttp://www.NRC.iust.ac.ir

مخابرات كوانتومي راه دور

به نام خدا

شودميآساسيسديكبهرسيدنبهمنجرزوديبهآلك ترونيكهادينيمهفيزيكيآندآزهسازي فشردهوكوچكسازي.

وندهاي كامپيوتري مي شترآشهكه بر رفتار ترآنزيستورها ناظرآند مانع آز كوچك شدن بيش آز حد پايهفيزيكي قوآنين.

رون غالب شود و رفتار موجي آلک ترون بر رفتار ذره آي آلک تهادي، موجب شد كهبه عبارت ديگر، كوچك سازي قطعات آلك ترونيكي نيمه.آين مساله به ظهور قوآنين مکانيک کوآنتومي در قطعات نيمه هادي منجر شد

آنتومي و نقطه هاي آين مسا له حاصل پيشرفتهاي قابل توجه در توآناي ي ساخت نانو ساختارهاي ي آز قبيل چاههاي کوآنتومي سيمهاي کو. کوآنتومي آست

مي توآند بهترين رآه حل ممكن رآ در رآبط با مشكل مينيمم سازي ذكر شده آرآئه كندآسپينترونيك.

مقدمه

ساختارونوع دررتغييبهنيازكوآنتومي،حاالتآساسبرهادينيمهآدوآتعملكردوساختارتغييروآسپينترونكبهآلك ترونيكآزگذربا.شودميحسنيزمخابرآت

رفتن به سمت مخابرآت كوآنتومي

آستآمنيت باالمخابرآت كوآنتومي دآرآي ويژگي ذآتي.

فعاليت هاي تحقيقاتي در خصوص زيربخش هاي مختلف مخابرآت كوآنتومي در حال آجرآست.

ساخت قطعات

ساخت زير سيستم ها

طرآحي آلگريتم ها

زمايشگاهي تست هاي آ

ينده نيز 15يكي آز زمينه هاي تحقيقاتي در مخابرآت كوآنتومي موضوع مخابرآت رآه دور آست كه پيش بيني مي شود حدآقل تا سال آ

.تحقيقات در آين زمينه آدآمه يابد

مقدمه

كامپيوترهاي كوآنتومي

مكانيك كوآنتومي

محاسبات كوآنتوميمخابرآت كوآنتومي

مخابرآت كوآنتومي

QC

مخابرات امن

تله پورت كردن كوانتوميرمزنگاري كوانتومي

حل سريع مسائل بزرگ

حل مسائل غير قابل حل كنوني

توزيع كليد كوانتومي

مخابرآت كوآنتومي

تله پورت کردن به معناى حمل چيزى آز نقطه آى به نقطه ديگر بدون آرتباط فيزيکى آست.

يوترهاى ها آز سرعت نور تجاوز مى کند آما با توجه به شيوه کار در آنتقال آطالعات، آين سرعت در کامپسرعت تله پورت کردن فوتون•. کوآنتومى به سرعت نور محدود مى شود

ىآنقطهآزفردىهکآستفضاي ىتخيلىعلمىدآستانهاىمشابهزيادىحدودتافيزيکى،آرتباطبدونجابجاي ىياکردنپورتتله•زمايشهاىدرکهتفاوتآينباشود،مىظاهرديگرآىنقطهدروناپديد

وهافوتونفقطبلکهشود،نمىمنتقل״ماده״کنونى،آ

نهاروىبرکهآطالعاتى .يابندميآنتقالشده،سوآرآ

Hello Hello

Hello

Hello Hello

Khoor

مخابرآت نا آمنمخابرآت آمن

مخابرآت كوآنتومي

آنتقال حالت كوآنتومي آز يك نقطه به نقطه ديگر رآ مخابرآت كوآنتومي گويند.

Bell

measurement

مخابرآت كوآنتومي

سيگنال پيوستهيا پالسي

انتقال فضاي آزاد يا فيبر

كيوبيت هاي در هم تنيده پالريزاسيوني

آشكارسازي تك فوتوني

توليد انتشار شكارسازي ا

لينك نقطه به نقطه مخابرآت كوآنتومي

كانال

منبع تك فوتوني

شكارساز تك فوتوني آ

نيازمندي هاي مخابرآت كوآنتومي

سيگنال كوآنتومي قابل كپ ي شدن نيست.

جذب و ناهمدوسي بصورت نماي ي با فاصله زياد مي شوند.

تكرآر كننده كوآنتومي

آستدور فوآصلبهكوآنتوميحاالتآرسالكوآنتوميمخابرآتهدف.

وردميفرآهمرآكوآنتوميرمزنگاري بوسيلهكالسيكهايپيامآمنآرسالدربكارگيري پتانسيلآنتقاليچنين بهديگرطرفآزوآ

.آستمطرح كوآنتوميهايشبكهدرآصليجزءيكعنوآن

آستدور فوآصلميانخالصتنيدهدرهمحالتتوليدكوآنتوميمخابرآتآساسيمشكل.

نويزهايديگرويناهمدوسوآپتيكيجذببدليل.آستفوتونيكهايكانالبرمبتنيكوآنتوميمخابرآتكنونيهايطرح تمام

.يابدميكاهشنماي يبطور فاصلهحسببردور فوآصلميانتنيدگيدرهمكانال،

تكرآر كننده كوآنتومي

.وددر تكرآر كننده كوآنتومي، درهمتنيدگي رآه دور با توزيع حاالت درهم تنيده روي فوآصل كوتاه آيجاد مي ش•

ا مبادله درهم آبعاد فوآصل كوتاه به نحوي تعيين مي شوند كه حاالت درهم تنيده نويزي شده رآ بتوآن پااليش كرد و ب•.تنيدگي آين فوآصل رآ به هم متصل كرد

خر درهم تنيده خوآهند بود و مي توآن آز آين حاالت در هم تنيده برآي مخابره• حاالت در نهايت حاالت آيستگاه آول و آ

.كوآنتومي آستفاده كرد

شكارسازي تك فوتوني آست• ن رهيافت، درهم در آي. تكرآر كننده كوآنتومي مبتني بر توليد درهم تنيدگي با آستفاده آز آ

نيده ناقص مبادله تنيدگي با معيار صحت باال توليد مي شود و پااليش درهم تنيدگي برآي جبرآن آثر آتصال زوج هاي درهم ت.شده نياز آست

تكرآر كننده كوآنتومي

كردآستفادهتنيدگيدرهمپااليشآزتوآنميباال،درجهباتنيدگيدرهمبهدستيابيبرآي.

آزآستفادهلزوم،كانالدرتنيدگيدرهمنماي يميرآي يزيرآكند،نميحلرآدور رآهكوآنتوميمخابرآتمشكلتنهاي يبهآينآما

.كندميآيجابرآتنيدهدرهمحاالتآززياديبسيارتعدآد

كوآنتوميكنندهتكرآرآزآستفادهبا.آستضروري كوآنتوميكنندهتكرآرآزآستفادهتنيدگي،درهمنماي يشدنميرآبرغلبهبرآي

.يافتدست1بهنزديكتنيدگيهمدرصدآقتمعياربهتوآنمي

كندميآستفادهمخابرآتيسيستمبرآيتنيدگيهمدرپااليشپروتكليكآزكوآنتوميكنندهتكرآر.

تكرآر كننده كوآنتومي

تنيدگيدرهموكردغلبهكانالتضعيفبربتوآنكهآستهاي يبخشزيربهكانالتقسيمكوآنتوميكنندهتكرآرآصليآيده

.كردحفظكانالدررآكوآنتومي

شودميآنجامتنيدگيدرهمپااليشعملوتوليدتنيدهدرهمفوتونزوجبخشزيرهردرآبتدآ.

ميتوزيعزرگ تري بفاصلهرويشدهپاالشتنيدگيهمدرتنيدگي،همدرمبادلهطريقآزمجاور،هايبخشزيرآتصالباسپس

.شود

عملآين.گيردصورتپااليشدوبارهكهدآردضرورتويابدميكاهشفاصلهحسببرتنيدگيدرهممعيارمبادله،آينآزبعد

.برسدمقصدبهتنيدههمدرزوچتايابدميآدآمههمينطور مبادلهوپااليشتنيدگي،همدر

تكرآر كننده كوآنتومي

E P S

درهم تنيده گر

پاالينده درهم تنيدگي

مبادله گر درهم تنيدگي

تكرآر كننده كوآنتومي

A P PEPSPE B

E :درهم تنيده گرP :پاالينده درهم تنيدگيS :مبادله گر درهم تنيدگيA :فرستندهB :گيرنده

كوآنتوميكنندهتكرآر

به سمت فرستنده

پرتو فوتونيگيرنده

كريستال غيرخطي((2))

ليزر

نماي باال

پرتو فوتونيفرستنده

به سمت گيرنده

تقسيم فاصله به فوآصل كوتاهتر: ساختار تكرآر كننده كوآنتومي

آندآزه گيري بل

مبادله درهم تنيدگي

درهم تنيده درهم تنيده

Entangled !

مبادله درهمتنيدگي

درهم تنيده آست پس 4با فوتون 1رآ مي گيرد ولي فوتون 1خصوصيات فوتون 3، فوتون ( BSM)بوآسطه آندآزه گيري حاالت بل .در هم تنيده مي شوند ، آگر چه مستقيما برهم کنشي ندآشته آند4و 3فوتون هاي

درهمتنيدگي فوتون هايي كه هرگز برهمكنش نداشته اند

مبادله درهمتنيدگي

21

EPRy

Bell

2 bitsU

y

0.80

0.82

0.84

0.86

0.88

0.90

0.92

0.94

0.96

0.98

1.00

0 50 100 150 200 250 300 350

Distance [km]

Fide

lity

n=1 n=2 n=3 n=4

A C

EPR منبع

B

BSMy y

كانال كالسيك

2 km 2 km 2 km

درهمتنيدگيمبادله

PBS

H

H

H

H

PBS

V

V

V

V

PBS

H

VV

H

PBS

V

H

V

H

پااليش درهمتنيدگي

پااليش درهمتنيدگي

1: EPR

2: Distribute

3: Create Qubit

4: Prepare BSM

5: BSM

6: Send result

7: Store photon

8: Wait for BSM

9: Analysis

مخابرآت كوآنتومي در عمل

Distance: 550 m

Fibre: 800m O. Landry et al.,

quant-ph/0605010

R. Ursin, Nature 430, 849, 2004

مخابرآت كوآنتومي در عمل

ISS (International Space Station)

~400km from ground

OGS (ESA)

Tenerife - Spain Calar Alto - Spain

1400km distance

چشم آندآز مخابرآت كوآنتومي