بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
بسم اللّه الرحمن الرحیم
اسلاید 2 :
بررسی مبانی مخابرات کوانتومی و دستاوردهای آن
اسلاید 3 :
آن چه در این سمینار خواهید دید:
اسلاید 4 :
مقدمه
اطلاعات کوانتومی
مبانی مخابرات کوانتومی
تلهپورت کردن و فرآیند مخابرات کوانتومی
ساختار نوین
رشد گستردهی تحقیقات در زمینهی نیمههادیها حاصل پیشرفتهای قابل توجه در ساخت نانوساختارهایی مانند چاهها، سیمها و نقطههای کوانتومی بوده است.
توجه به اسپینترونیک در سالهای اخیر
استفاده از خواص اسپین به جای بار الکترون برای انتقال اطلاعات
ساخت ادوات اسپینترونیکی بسیار کوچکتر و نیرومندتر از تراشههای سیلیکونی جدید
طول همدوسی و زمان همدوسی اسپینی بسیار بزرگتر از طول وزمان همدوسی بار در ادوات مبتنی بر بار الکترون است.
مزایا
مخابرات کوانتومی راه دور
گیرنده و فرستندهی مخابرات کوانتومی
اسلاید 5 :
اسپین خاصیت ذاتی الکترون است و همتا ومعادل کلاسیک ندارد.
یک پدیدهی کوانتومی منحصر به فرد است.
مقدار آن ثابت و مستقل از جرم الکترون و سرعت زاویهای است.
یکی از کاربردهای اصلی اسپین در مخابرات کوانتومی است.
مخابرات کوانتومی:
انتقال حالت کوانتومی از یک نقطه به نقطهی دیگر
اطلاعاتي كه بايد مخابره شوند، روي فوتون هايي سوار مي شوند كه مي توانند هم در فضاي آزاد و هم از طريق فيبرهاي نوري كم تلفات ارسال شوند.
پردازش اطلاعات كوانتومي با پردازش اطلاعات كلاسيك متفاوت است، زيرا در حالت كوانتومي بايد همدوسي كوانتومي در ذخيره سازي و پردازش اطلاعات حفظ شود.
مقدمه
اطلاعات کوانتومی
مبانی مخابرات کوانتومی
تلهپورت کردن و فرآیند مخابرات کوانتومی
ساختار نوین
مخابرات کوانتومی راه دور
گیرنده و فرستندهی مخابرات کوانتومی
اسلاید 6 :
تفاوت اساسي مخابرات كوانتومي در مقايسه با مخابرات كلاسيك نوع اطلاعات مخابره شونده است.
حالات كوانتومي قابل استفاده در مخابرات كوانتومي اسپين الكترون و پلاريزاسيون فوتون
در گيرنده و فرستنده سيستم مخابرات كوانتومي نيازمند پردازش اطلاعات كوانتومي هستيم
متناظر با حالت كلاسيك در پردازش اطلاعات كوانتومي نيز بیتها و گيت هاي كوانتومي تعريف مي شوند.
مقدمه
اطلاعات کوانتومی
مبانی مخابرات کوانتومی
تلهپورت کردن و فرآیند مخابرات کوانتومی
ساختار نوین
مخابرات کوانتومی راه دور
گیرنده و فرستندهی مخابرات کوانتومی
اسلاید 7 :
کیوبیت
یک کمیت دو حالته دارای رفتار کوانتومی
حالات ممکن
اختلاف با بیت کلاسیک
امکان شکلگیری ترکیب خطی از حالتها به شکل
نمایانگر احتمال وقوع حالتها هستند و
به صورت هندسی، حالت یک کیوبیت یک بردار در یک فضای دوبعدی اعداد مختلط است
حالات یک کیوبیت روی کرهی بلوخ
قبل از اندازهگیری حالت، کیوبیت در هر دو حالت قرار دارد و به محض اندازهگیری، به یکی از دو حالت سقوط میکند.
حالت کلی برای یک کیوبیت
مقدمه
اطلاعات کوانتومی
مبانی مخابرات کوانتومی
تلهپورت کردن و فرآیند مخابرات کوانتومی
ساختار نوین
مخابرات کوانتومی راه دور
گیرنده و فرستندهی مخابرات کوانتومی
اسلاید 8 :
در مخابرات کوانتومی از پلاریزاسیون فوتون به عنوان کیوبیت استفاده میشود
تحقق کیوبیت با استفاده از پلاریزاسیون فوتون
حالات فوتون برای پلاریزاسیون افقی و عمودی
حالات پلاریزاسیونی مختلف
مقدمه
اطلاعات کوانتومی
مبانی مخابرات کوانتومی
تلهپورت کردن و فرآیند مخابرات کوانتومی
ساختار نوین
مخابرات کوانتومی راه دور
گیرنده و فرستندهی مخابرات کوانتومی
اسلاید 9 :
گیت منطقی کلاسیک دستگاهی محاسباتی است که دارای تعداد معینی ورودی و خروجی بوده و محاسبهای معین را در مدت زمانی معین و مستقل از ورودی انجام میدهد.
گیت کوانتومی مانند گیت کلاسیک است، با این تفاوت که ورودی وخروجی آن میتوانند حالت برهمنهی از حالتهای پایهی محاسباتی را نیز اختیار کنند.
گیت کوانتومی یک عملگر تحول زمانی است که یک حالت کوانتومی را در مدت زمانی معین به وسیلهی نگاشتی یک به یک به حالت کوانتومی دیگری تبدیل میکند و توسط عملگر یکانی U در فضای برداری کیوبیتها توصیف میشود.
نگاشت یک به یک
عملیات برگشتپذیر تعیین کردن حالت ورودی با در دست داشتن حالت خروجی
مزایای مدارات برگشتپذیر
مقدمه
اطلاعات کوانتومی
مبانی مخابرات کوانتومی
تلهپورت کردن و فرآیند مخابرات کوانتومی
ساختار نوین
مخابرات کوانتومی راه دور
گیرنده و فرستندهی مخابرات کوانتومی
اسلاید 10 :
گیت CNOT
گیت هادامارد
گیت انتقال فاز
گیت چرخش
مقدمه
اطلاعات کوانتومی
مبانی مخابرات کوانتومی
تلهپورت کردن و فرآیند مخابرات کوانتومی
ساختار نوین
مخابرات کوانتومی راه دور
گیرنده و فرستندهی مخابرات کوانتومی
اسلاید 11 :
آزمایش EPR
دو سيستم كوانتومي نظير دو فوتون در يك محيط ايزوله و مجزا از تاثيرات بيروني با هم اندركنش انجام مي دهند و سپس از هم دور مي شوند.
تا زماني كه اين دو فوتون در شرايط انزوا از محيط بيرون باقي بمانند، هر اندازه هم كه فاصله ميان آن دو زياد باشد باز هم يك سيستم واحد به شمار مي آيند.
ویژگیهای آزمایش EPR
مقدمه
اطلاعات کوانتومی
مبانی مخابرات کوانتومی
تلهپورت کردن و فرآیند مخابرات کوانتومی
ساختار نوین
مخابرات کوانتومی راه دور
گیرنده و فرستندهی مخابرات کوانتومی
اسلاید 12 :
مدل رياضي يك زوج فوتون در هم تنيده با استفاده از گيت هاي كوانتومي
مدار کوانتومی با سری کردن گیت هادامارد و گیت CNOT
مدار کوانتومی تولید کنندهی زوج EPR
حالات بل تولید شده با استفاده از مدار کوانتومی
مقدمه
اطلاعات کوانتومی
مبانی مخابرات کوانتومی
تلهپورت کردن و فرآیند مخابرات کوانتومی
ساختار نوین
مخابرات کوانتومی راه دور
گیرنده و فرستندهی مخابرات کوانتومی
اسلاید 13 :
مکانیزم برگشتناپذیر از برهمکنش بین یک سیستم و محیط اطراف آن
ایجاد مشخصات و رفتار جدید در سیستم نسبت به سیستمهای ایزوله از محیط اطراف
از بین رفتن درهمتنیدگی بر اساس معادلات شرودینگر
ناهمدوسی در زمان بسیار کوتاهتری نسبت به اتلاف عمل میکند و بر آن مقدم است.
مهمترین اثر ناهمدوسی
مقدمه
اطلاعات کوانتومی
مبانی مخابرات کوانتومی
تلهپورت کردن و فرآیند مخابرات کوانتومی
ساختار نوین
مخابرات کوانتومی راه دور
گیرنده و فرستندهی مخابرات کوانتومی
اسلاید 14 :
ایزوله کردن سیستم کوانتومی از محیط غیرممکن است و در طول زمان سیستم کوانتومی با محیط برهمکنش انجام میدهد.
راه حل
کنترل زمان ناهمدوسی
تعریف الگوریتمهای کوانتومی به نحوی که قبل از نشت اطلاعات به محیط اطراف به دلیل ناهمدوسی، برنامه به پایان برسد.
1- زمان ناهمدوسی بسیار سریع است.
مشکلات:
2- الگوریتمهای کوانتومی در این روش بسیار پیچیده یا طولانی میشوند.
طولانی کردن زمان ناهمدوسی
با ترکیب درست این موارد
مقدمه
اطلاعات کوانتومی
مبانی مخابرات کوانتومی
تلهپورت کردن و فرآیند مخابرات کوانتومی
ساختار نوین
مخابرات کوانتومی راه دور
گیرنده و فرستندهی مخابرات کوانتومی
اسلاید 15 :
استفاده از کدهای تصحیح خطای کوانتومی
استفاده از تعداد بیشتری از سیستمهای کوانتومی مثل کیوبیتها
محیط نمیتواند روی تمام کیوبیتها تاثیر بگذارد و تعدادی از کیوبیتها بدون ناهمدوسی به دستگاه اندازهگیری میرسند.
پایین آوردن دما به منظور کاهش برهمکنش بین سیستم و محیط
استفاده در کامپیوترهای کوانتومی
مقدمه
اطلاعات کوانتومی
مبانی مخابرات کوانتومی
تلهپورت کردن و فرآیند مخابرات کوانتومی
ساختار نوین
مخابرات کوانتومی راه دور
گیرنده و فرستندهی مخابرات کوانتومی
اسلاید 16 :
روش اکوی فوتون
استفاده از دو پالس لیزر
پالس 1: ایجاد حالت کوانتومی
پالس 2: اندازهگیری
اگر حالت برهمنهی حفظ شده باشد، در اثر پالس دوم، فوتونهایی با همان طول موج تحریک منتشر میشود.
با اندازهگیری زمان بین پالسها، زمان ناهمدوسی را اندازه میگیرند.
زمان ناهمدوسی از زمان اعمال پالس تا زمانیکه طول موج فوتونهای دریافت شده تغییر نکرده است، محاسبه میشود.
مقدمه
اطلاعات کوانتومی
مبانی مخابرات کوانتومی
تلهپورت کردن و فرآیند مخابرات کوانتومی
ساختار نوین
مخابرات کوانتومی راه دور
گیرنده و فرستندهی مخابرات کوانتومی
اسلاید 17 :
تله پورت كردن: به معناى حمل يا بردن چيزى از نقطه اى به نقطه ديگر بدون ارتباط فيزيكى است.
سرعت تله پورت كردن فوتون ها از سرعت نور تجاوز مى كند اما با توجه به شيوه كار در انتقال اطلاعات، اين سرعت در كامپيوترهاى كوانتومى به سرعت نور محدود مى شود.
مشابه داستانهاى علمى تخيلى فضايى است كه فردى از نقطه اى ناپديد و در نقطه اى ديگر ظاهر مى شود
تفاوت
در آزمايشهاى كنونى، ״ماده״ منتقل نمى شود، بلكه فقط فوتون ها و اطلاعاتى كه بر روى آنها سوار شده، انتقال مييابند.
فرآیند مخابرات کوانتومی
تولید یک زوج فوتون EPR وارسال یکی برای A و دیگری برای B
اعمال تغییرات (در پلاریزاسیون فوتون) توسط فرستندهی A با استفاده از گیت U به فوتون خود
اثر کردن تغییرات بر فوتون B
ارسال نتایج اندازهگیری فرستندهی A برای B با استفاده از یک کانال کلاسیک
انجام تغییرات مورد نظر گیرندهی B روی فوتون به منظور استخراج پیام ارسالی A
مقدمه
اطلاعات کوانتومی
مبانی مخابرات کوانتومی
تلهپورت کردن و فرآیند مخابرات کوانتومی
ساختار نوین
مخابرات کوانتومی راه دور
گیرنده و فرستندهی مخابرات کوانتومی
اسلاید 18 :
نمایش فرآیند مخابرات کوانتومی با استفاده از گیتهای کوانتومی
مقدمه
اطلاعات کوانتومی
مبانی مخابرات کوانتومی
تلهپورت کردن و فرآیند مخابرات کوانتومی
ساختار نوین
مخابرات کوانتومی راه دور
گیرنده و فرستندهی مخابرات کوانتومی
اسلاید 19 :
توزیع و کنترل درهمتنیدگی در مقیاس جهانی
تنها سیستم مناسب فوتونها هستند
تلفات فوتون در کانال کوانتومی و محدود شدن فاصلهی قابل عبور برای تک فوتون به 100 کیلومتر در فیبرهای سیلیکایی
اشکال
راهکار
تقسیم فواصل طولانی به فواصل کوتاه با حفظ درهمتنیدگی در این فواصل
مقدمه
اطلاعات کوانتومی
مبانی مخابرات کوانتومی
تلهپورت کردن و فرآیند مخابرات کوانتومی
ساختار نوین
مخابرات کوانتومی راه دور
گیرنده و فرستندهی مخابرات کوانتومی
اسلاید 20 :
اجزای اصلی تکرارکنندهی کوانتومی
مقدمه
اطلاعات کوانتومی
مبانی مخابرات کوانتومی
تلهپورت کردن و فرآیند مخابرات کوانتومی
ساختار نوین
مخابرات کوانتومی راه دور
گیرنده و فرستندهی مخابرات کوانتومی
