Quantenkommunikation ist der zentrale Teil der Quanteninformationstechnologie.Es bietet die Vorteile absoluter Geheimhaltung, großer Kommunikationskapazität, schneller Übertragungsgeschwindigkeit usw.Es kann bestimmte Aufgaben erfüllen, die klassische Kommunikation nicht erfüllen kann.Die Quantenkommunikation kann das private Schlüsselsystem verwenden, das nicht entschlüsselt werden kann, um den wahren Sinn einer sicheren Kommunikation zu erkennen. Daher ist die Quantenkommunikation zur Spitze von Wissenschaft und Technologie auf der Welt geworden.Die Quantenkommunikation nutzt den Quantenzustand als Informationselement, um eine effektive Informationsübertragung zu realisieren.Nach der Telefon- und optischen Kommunikation ist es eine weitere Revolution in der Geschichte der Kommunikation.
Die Hauptkomponenten der Quantenkommunikation:
Verteilung geheimer Quantenschlüssel:
Die Verteilung geheimer Quantenschlüssel wird nicht zur Übertragung vertraulicher Inhalte verwendet.Dennoch geht es darum, ein Chiffrierbuch zu erstellen und zu kommunizieren, das heißt, den privaten Schlüssel beiden Seiten der persönlichen Kommunikation zuzuweisen, was allgemein als Quantenkryptographie-Kommunikation bekannt ist.
1984 schlugen Bennett aus den Vereinigten Staaten und Brassart aus Kanada das BB84-Protokoll vor, das Quantenbits als Informationsträger zur Kodierung von Quantenzuständen verwendet, indem es die Polarisationseigenschaften von Licht nutzt, um die Erzeugung und sichere Verteilung geheimer Schlüssel zu realisieren.1992 schlug Bennett ein B92-Protokoll vor, das auf zwei nichtorthogonalen Quantenzuständen mit einfachem Fluss und halber Effizienz basiert.Beide Schemata basieren auf einem oder mehreren Sätzen orthogonaler und nichtorthogonaler Einzelquantenzustände.Schließlich schlug Ekert aus Großbritannien 1991 E91 vor, das auf dem Zustand der maximalen Verschränkung zweier Teilchen, nämlich dem EPR-Paar, basierte.
Im Jahr 1998 wurde im BB84-Protokoll ein weiteres Quantenkommunikationsschema mit sechs Zuständen für die Polarisationsauswahl auf drei konjugierten Basen vorgeschlagen, die aus vier Polarisationszuständen und Links- und Rechtsrotation bestehen.Das BB84-Protokoll hat sich als sichere kritische Verteilungsmethode erwiesen, die bisher von niemandem gebrochen wurde.Das Prinzip der Quantenunsicherheit und des Nichtklonens von Quanten gewährleistet seine absolute Sicherheit.Daher hat das EPR-Protokoll einen wesentlichen theoretischen Wert.Es verbindet den verschränkten Quantenzustand mit sicherer Quantenkommunikation und eröffnet einen neuen Weg für sichere Quantenkommunikation.
Quantenteleportation:
Die von Bennett und anderen Wissenschaftlern in sechs Ländern im Jahr 1993 vorgeschlagene Theorie der Quantenteleportation ist ein reiner Quantenübertragungsmodus, der den Kanal des maximal verschränkten Zustands zweier Teilchen nutzt, um unbekannte Quantenzustände zu übertragen, und die Erfolgsrate der Teleportation wird 100 % erreichen [ 2].
Im Jahr 199, a.Die Zeilinger-Gruppe aus Österreich hat die erste experimentelle Verifizierung des Prinzips der Quantenteleportation im Labor abgeschlossen.In vielen Filmen taucht oft eine solche Handlung auf: Eine mysteriöse Figur verschwindet plötzlich an einem Ort und scheint plötzlich an Ort und Stelle zu sein.Da die Quantenteleportation jedoch gegen das Prinzip des Nichtklonens von Quanten und die Heisenberg-Unsicherheit in der Quantenmechanik verstößt, handelt es sich in der klassischen Kommunikation lediglich um eine Art Science-Fiction.
Allerdings wird das außergewöhnliche Konzept der Quantenverschränkung in die Quantenkommunikation eingeführt, das die unbekannte Quantenzustandsinformation des Originals in zwei Teile teilt: Quanteninformation und klassische Information, was dieses unglaubliche Wunder möglich macht.Quanteninformationen sind die Informationen, die im Messprozess nicht extrahiert werden, und klassische Informationen sind die ursprüngliche Messung.
Fortschritte in der Quantenkommunikation:
Seit 1994 ist die Quantenkommunikation schrittweise in die experimentelle Phase eingetreten und schreitet dem praktischen Ziel näher, das einen hervorragenden Entwicklungswert und wirtschaftliche Vorteile bietet.Im Jahr 1997 experimentierten Pan Jianwei, ein junger chinesischer Wissenschaftler, und Bow Meister, ein niederländischer Wissenschaftler, mit der Fernübertragung unbekannter Quantenzustände.
Im April 2004 stellten Sorensen et al.Realisierte erstmals eine 1,45 km lange Datenübertragung zwischen Banken unter Verwendung der Quantenverschränkungsverteilung und markierte damit die Quantenkommunikation vom Labor bis zur Anwendungsphase.Derzeit hat die Quantenkommunikationstechnologie große Aufmerksamkeit von Regierungen, Industrie und Wissenschaft auf sich gezogen.Einige bekannte internationale Unternehmen entwickeln ebenfalls aktiv die Kommerzialisierung von Quanteninformationen, wie zum Beispiel die British Telephone and Telegraph Company, Bell, IBM, At & T Laboratories in den Vereinigten Staaten, Toshiba Company in Japan, Siemens Company in Deutschland usw. Darüber hinaus in Im Jahr 2008 richtete das „Globale Projekt zur Entwicklung sicherer Kommunikationsnetze auf Basis der Quantenkryptographie“ der Europäischen Union ein 7-Knoten-Demonstrations- und Verifizierungsnetzwerk für sichere Kommunikation ein.
Im Jahr 2010 berichtete das Time Magazine der Vereinigten Staaten in der Rubrik „Explosive News“ über den Erfolg von Chinas 16 km langem Quantenteleportationsexperiment mit dem Titel „Sprung der chinesischen Quantenwissenschaft“ und deutete damit an, dass China ein Quantenkommunikationsnetzwerk zwischen China aufbauen kann Boden und Satellit [3].Im Jahr 2010 gründeten das National Intelligence and Communication Research Institute of Japan und Mitsubishi Electric und NEC, ID Quantified of Switzerland, Toshiba Europe Limited und ganz Wien in Österreich das sechs Knotenpunkte umfassende städtische Quantenkommunikationsnetzwerk „Tokyo QKD Network“ in Tokio.Das Netzwerk konzentriert sich auf die neuesten Forschungsergebnisse von Forschungseinrichtungen und Unternehmen mit dem höchsten Entwicklungsstand in der Quantenkommunikationstechnologie in Japan und Europa.
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 05.05.2023