RU218127U1 - Quantum communication transceiver - Google Patents
Quantum communication transceiver Download PDFInfo
- Publication number
- RU218127U1 RU218127U1 RU2022118453U RU2022118453U RU218127U1 RU 218127 U1 RU218127 U1 RU 218127U1 RU 2022118453 U RU2022118453 U RU 2022118453U RU 2022118453 U RU2022118453 U RU 2022118453U RU 218127 U1 RU218127 U1 RU 218127U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- light
- local quantum
- communication
- quantum
- quantum communication
- Prior art date
Links
- 238000004891 communication Methods 0.000 title abstract description 72
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 40
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 abstract description 10
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 15
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 15
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 15
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 10
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 5
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 4
- 230000005610 quantum mechanics Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M lithium fluoride Chemical compound [Li+].[F-] PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 230000005428 wave function Effects 0.000 description 2
- 229910001508 alkali metal halide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000008045 alkali metal halides Chemical class 0.000 description 1
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 238000004980 dosimetry Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Полезная модель относится к технике связи и может использоваться в системах нелокальной квантовой связи, использующих для передачи явления квантовой запутанности. Технический результат заключается в повышении качества связи за счет устранения паразитных шумов, создаваемых остаточным лучом света. Для этого устройство нелокальной квантовой связи, содержит источник света, установленный перед термолюминесцентным кристаллом, фотоприемник, который расположен рядом с термолюминесцентным кристаллом перпендикулярно распространению луча света, излучаемого источником света, а также модулятор, демодулятор и заглушающая свет преграда, при этом остаточный луч света, прошедший через термолюминесцентный кристалл и являющийся продолжением луча света от источника света, сориентирован на заглушающую свет преграду. 3 ил.The utility model relates to communication technology and can be used in non-local quantum communication systems that use the phenomena of quantum entanglement to transmit. The technical result is to improve the quality of communication by eliminating parasitic noise generated by the residual beam of light. To do this, the non-local quantum communication device contains a light source installed in front of the thermoluminescent crystal, a photodetector located next to the thermoluminescent crystal perpendicular to the propagation of the light beam emitted by the light source, as well as a modulator, demodulator and a light-dampening barrier, while the residual light beam that has passed through a thermoluminescent crystal and being a continuation of the light beam from the light source, is oriented to the light-dampening barrier. 3 ill.
Description
Область техники, к которой относится полезная модельField of technology to which the utility model belongs
Настоящая полезная модель относится к устройствам передачи информации, а именно к устройствам, использующим для передачи явление квантовой запутанности.The present utility model relates to information transmission devices, namely to devices that use the phenomenon of quantum entanglement for transmission.
Уровень техникиState of the art
Из существующего уровня техники известны оптические системы связи, имеющие приемопередающее устройство (ППУ) на передающей стороне, содержащее лазер и модулятор, и ППУ на приемной стороне, содержащее фото детектор и демодулятор [1, 2]. Приемная и передающая стороны при этом могут быть связаны как оптоволоконным кабелем, так и пространством, свободным от препятствий для света.From the existing prior art, optical communication systems are known that have a transceiver device (TPU) on the transmitting side, containing a laser and a modulator, and an TPU on the receiving side, containing a photo detector and a demodulator [1, 2]. In this case, the receiving and transmitting sides can be connected both by fiber optic cable and by a space free from obstacles for light.
Недостатком ППУ, используемых в таких системах связи, является наличие задержки при организации связи, вызванной конечной скоростью распространения света.The disadvantage of PPU used in such communication systems is the presence of a delay in the organization of communication, caused by the finite speed of light propagation.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является ППУ нелокальной квантовой связи, представленное в патенте [3]. Как следует из схемы на фиг. 2 описания данного патента, в состав ППУ нелокальной квантовой связи входит источник света небольшой мощности, который установлен перед термолюминесцентным кристаллом (кристаллы передающей и приемной стороны содержат квантово-механически запутанные между ними электронные центры окраски и могут быть изготовлены из легированного фторида лития). На приемной стороне рядом с кристаллом, перпендикулярно направлению распространения лучей света, излучаемого источником, расположен фотоприемник.Closest to the proposed utility model is the non-local quantum communication PPU, presented in the patent [3]. As follows from the diagram in Fig. 2 of the description of this patent, the non-local quantum coupling PPU includes a low-power light source, which is installed in front of a thermoluminescent crystal (the crystals of the transmitting and receiving sides contain electronic color centers entangled between them quantum-mechanically and can be made of doped lithium fluoride). On the receiving side next to the crystal, perpendicular to the direction of propagation of the light rays emitted by the source, there is a photodetector.
Недостатком упомянутого ППУ нелокальной квантовой связи является относительно низкое качество связи, обусловленное наличием паразитных шумов, создаваемых остаточным лучом света.The disadvantage of the mentioned PPU non-local quantum communication is the relatively low quality of communication due to the presence of parasitic noise generated by the residual beam of light.
Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure
Задача, на решение которой направлена настоящая полезная модель, заключается в создании ППУ нелокальной квантовой связи, обеспечивающей повышенное качество связи.The task to be solved by this utility model is to create a non-local quantum communication PPU that provides improved communication quality.
Требуемый технический результат заключается в повышении качества связи за счет устранения паразитных шумов, создаваемых остаточным лучом света.The desired technical result is to improve the quality of communication by eliminating parasitic noise generated by the residual beam of light.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в ППУ нелокальной квантовой связи, содержащее источник света, установленный перед термолюминесцентным кристаллом, фотоприемник, который расположен рядом с термолюминесцентным кристаллом перпендикулярно распространению луча света, излучаемого источником света, согласно полезной модели, что в него дополнительно введены модулятор, демодулятор и заглушающая свет преграда, при этом остаточный луч света, прошедший через термолюминесцентный кристалл и являющийся продолжением луча света от источника света, сориентирован на заглушающую свет преграду, вход ППУ нелокальной квантовой связи через модулятор соединен со входом источника света, выход фотоприемника через демодулятор соединен с выходом ППУ нелокальной квантовой связи.The problem is solved, and the required technical result is achieved by the fact that in the PPU of non-local quantum communication, containing a light source installed in front of a thermoluminescent crystal, a photodetector, which is located next to the thermoluminescent crystal perpendicular to the propagation of the light beam emitted by the light source, according to the utility model, which in a modulator, a demodulator and a light-dampening barrier are additionally introduced into it, while the residual light beam that has passed through the thermoluminescent crystal and is a continuation of the light beam from the light source is oriented to the light-dampening barrier, the input of the PPU of nonlocal quantum communication is connected through the modulator to the input of the light source, the output The photodetector is connected through a demodulator to the output of the non-local quantum communication PPU.
Предлагаемое ППУ нелокальной квантовой связи может быть использовано для осуществления связи между абонентами в полудуплексном режиме, описанном в многочисленных источниках, например, в [4]. При этом предлагаемое ППУ нелокальной квантовой связи может быть использовано и для передачи, и для приема информации.The proposed non-local quantum communication PSP can be used to communicate between subscribers in the half-duplex mode described in numerous sources, for example, in [4]. At the same time, the proposed PPU of non-local quantum communication can be used both for transmitting and receiving information.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Сущность предлагаемого ППУ нелокальной квантовой связи поясняется чертежами, на которых изображены:The essence of the proposed PPU non-local quantum communication is illustrated by drawings, which show:
на фиг. 1 - структурная схема системы связи, включающей ППУ нелокальной квантовой связи двух приемопередающих станций, и компьютеры, служащие в качестве источников и получателей информации;in fig. 1 is a block diagram of a communication system, including a PPU of non-local quantum communication of two transceiver stations, and computers serving as sources and recipients of information;
на фиг. 2 - последовательность операций (блок-схема алгоритма) развертывания системы нелокальной квантовой связи;in fig. 2 - the sequence of operations (block diagram of the algorithm) of the deployment of a non-local quantum communication system;
на фиг. 3 - последовательность операций (блок-схема алгоритма) передачи информации при осуществления нелокальной квантовой связи с использованием предлагаемых ППУ нелокальной квантовой связи.in fig. 3 - the sequence of operations (flowchart of the algorithm) of information transfer in the implementation of non-local quantum communication using the proposed PPU non-local quantum communication.
Осуществление полезной моделиImplementation of the utility model
Теоретические предпосылки. В 1935 г. Эйнштейн, Подольский и Розен написали статью [5], в которой поставили под сомнение истинность концепции запутывания, следующей из теории квантовой механики, и предположили существование "скрытых переменных" для объяснения запутывания. В 1962 г. Дж.С. Белл математически показал [5], что эксперименты могли бы показать истинность предсказаний квантовой механики, что впоследствии и было неоднократно подтверждено экспериментами [7-9].Theoretical background. In 1935, Einstein, Podolsky, and Rosen wrote a paper [5] in which they questioned the validity of the concept of entanglement, which follows from the theory of quantum mechanics, and suggested the existence of "hidden variables" to explain entanglement. In 1962 J.S. Bell mathematically showed [5] that experiments could show the truth of the predictions of quantum mechanics, which was subsequently repeatedly confirmed by experiments [7-9].
Известен эксперимент [10] с двумя пространственно разделенными TLD-кристаллами (кристаллами для термолюминесцентной дозиметрии), находящимися в Батон-Руж, Луизиана (США) и Живарлэ (Франция) на расстоянии 8182 км. TLD-кристаллы одновременно и совместно были облучены рентгеновским излучением с целью создания запутанных ловушек (электронных центров окраски) в смежных кристаллах. Один из этих кристаллов был затем отправлен в Батон-Руж, а его запутанный партнер остался в Живарлэ. Подогрев кристалла, находящегося в Батон-Руж, производился в соответствии с температурой другого запутанного с первым кристалла, которая фотоумножителем измерялась в Живарлэ и была равна температуре окружающей среды. Были получены, в силу квантовых корреляций запутанных состояний электронов центров окраски, сигналы при нарастании, а затем убывании температуры, вследствие отключения подогревающего устройства в Батон-Руж. Момент, когда в Батон-Руж был достигнут максимум температуры TLD, точно соответствовал моменту максимума корреляции сигнала фотоэлектронного умножителя, записанного в Живарлэ. Экспериментальным путем выяснилось, что свет небольшой интенсивности не вызывает декогеренции, способной разрушить связи (квантовую корреляцию) между запутанными электронными центрами окраски, поскольку TLD-кристаллы, совместно облученные за несколько месяцев до описываемого эксперимента, генерировали интенсивный отклик. Отметим, что в [10] также упоминалось о возможности использования для той же цели облучения гамма-квантами.There is an experiment [10] with two spatially separated TLD crystals (crystals for thermoluminescent dosimetry) located in Baton Rouge, Louisiana (USA) and Givarlet (France) at a distance of 8182 km. TLD crystals were simultaneously and jointly irradiated with X-rays in order to create entangled traps (electronic color centers) in adjacent crystals. One of these crystals was then sent to Baton Rouge, while its confused partner remained in Givarlet. The heating of the crystal located in Baton Rouge was carried out in accordance with the temperature of another crystal entangled with the first, which was measured by a photomultiplier in Givarlet and was equal to the ambient temperature. Due to the quantum correlations of the entangled states of the electrons of the color centers, signals were obtained with an increase and then a decrease in temperature, due to the shutdown of the heating device in Baton Rouge. The moment at which the maximum TLD temperature was reached at Baton Rouge corresponded exactly to the moment at which the correlation of the photomultiplier signal recorded at Givarlet was at its maximum. Experimentally, it turned out that light of low intensity does not cause decoherence capable of destroying bonds (quantum correlation) between entangled electronic color centers, since TLD crystals co-irradiated several months before the described experiment generated an intense response. Note that in [10] it was also mentioned the possibility of using irradiation with gamma quanta for the same purpose.
Этот эксперимент представляет собой практическое проявление феномена запутывания в квантовой механике:This experiment is a practical manifestation of the phenomenon of entanglement in quantum mechanics:
- Две частицы называют запутанными, когда они испущены одновременно и обладают общей волновой функцией, например, фотоны, испущенные ядром или электроном, причем фотоны временно интерферируют между собой. Такие частицы являются квантово коррелированными, взаимосвязанными, так что взаимодействие с одной из них немедленно "чувствуется" запутанным партнером.- Two particles are called entangled when they are emitted simultaneously and have a common wave function, for example, photons emitted by a nucleus or an electron, and the photons temporarily interfere with each other. Such particles are quantum correlated, interconnected, so that the interaction with one of them is immediately "felt" by the entangled partner.
- Запутывание между двумя частицами (фотонами) может быть переключено на две другие частицы (электроны).- Entanglement between two particles (photons) can be switched to two other particles (electrons).
- Запутанные частицы, такие, как электроны, могут "сохраняться" в ионных или примесных ловушках (центрах окраски) и оставаться изолированными от влияния декогеренции со стороны окружения ловушек в течение значительных промежутков времени.- Entangled particles, such as electrons, can be "stored" in ion or impurity traps (color centers) and remain isolated from the effects of decoherence from the environment of the traps for significant periods of time.
Центрами окраски являются примесные атомы и ионы (ловушки, дефекты), захватившие электрон или дырку, в результате чего изменяются полоса поглощения вещества и его окраска. Первоначально термин "центры окраски" относился только к так называемым F-центрам, обнаруженным впервые в 30-х гг. 20 в. в кристаллах галогенидов щелочных металлов и представляющих собой анионные вакансии, захватившие электрон. В дальнейшем под центрами окраски стали понимать любые точечные дефекты, поглощающие свет вне области собственного поглощения, - катионные и анионные вакансии, междоузельные ионы, а также примесные атомы и ионы, захватившие электрон и поэтому называющиеся электронными центрами окраски. Центры окраски обнаруживаются во многих неорганических кристаллах и стеклах, а также в природных минералах [11].Color centers are impurity atoms and ions (traps, defects) that have captured an electron or hole, as a result of which the absorption band of the substance and its color change. Initially, the term "color centers" referred only to the so-called F-centers, discovered for the first time in the 1930s. 20th century in alkali metal halide crystals and representing anionic vacancies that have captured an electron. Later, color centers began to be understood as any point defects that absorb light outside the region of their own absorption - cation and anion vacancies, interstitial ions, as well as impurity atoms and ions that have captured an electron and are therefore called electronic color centers. Color centers are found in many inorganic crystals and glasses, as well as in natural minerals [11].
В рамках микроскопического подхода (теория Лоренца) для света существует поляризация электрически упругого смещения. В процессе вынужденных (под действием падающей световой волны) колебаний электронов с частотой вынуждающей силы, периодически изменяются дипольные электрические моменты атомов, частота которых тоже равна вынуждающей силе. Под действием этой силы (оптические, валентные) электроны атомов вещества совершают вынужденные гармонические колебания (осциллируют) с частотой падающей волны, излучая при этом вторичные волны (свет) с теми же параметрами [12].Within the framework of the microscopic approach (Lorentz theory) for light, there is a polarization of electrically elastic displacement. In the process of forced (under the action of an incident light wave) oscillations of electrons with the frequency of the driving force, the electric dipole moments of atoms periodically change, the frequency of which is also equal to the driving force. Under the action of this force, the (optical, valence) electrons of the atoms of matter perform forced harmonic oscillations (oscillate) with the frequency of the incident wave, while emitting secondary waves (light) with the same parameters [12].
Описание ППУ нелокальной квантовой связи. Чтобы понять структуру, принцип действия, а также роль и место предлагаемого ППУ нелокальной квантовой связи при организации нелокальной квантовой связи, необходимо рассмотреть состав и принцип действия всей системы нелокальной квантовой связи.Description of the PPU of nonlocal quantum communication. In order to understand the structure, principle of operation, as well as the role and place of the proposed PPU of non-local quantum communication in the organization of non-local quantum communication, it is necessary to consider the composition and principle of operation of the entire system of non-local quantum communication.
На чертеже (фиг. 1) представлена структурная схема системы нелокальной квантовой связи, в основе работы которой лежит использование явления квантовой запутанности и в состав которой входят 2 идентичных станции нелокальной квантовой связи, включающие предлагаемые идентичные ППУ нелокальной квантовой связи 112 и 212, между которыми осуществляется нелокальная квантовая связь, показанная на чертеже пунктирной линией. Упомянутые первая и вторая приемопередающие станции нелокальной квантовой связи включают также соответственно компьютеры 1 и 2, выступающие в роли источников и получателей информации.The drawing (Fig. 1) shows a block diagram of a non-local quantum communication system, which is based on the use of the phenomenon of quantum entanglement and which includes 2 identical non-local quantum communication stations, including the proposed identical PPU non-local
Всего первая приемопередающая станция 1 нелокальной квантовой связи содержитIn total, the
первый компьютер 1, выступающий в роли первого источника и получателя информации,the
первый модулятор 110,
первый демодулятор 109
и первый оптический блок 101,and the first
в состав которого входят первый источник 103 света, первый фотодетектор 104, первая заглушающая свет преграда 105, приспособленная для поглощения лишнего света, и первое ядро 102 нелокальной квантовой связи, выполненное в виде термолюминесцентного кристалла,which includes a
при этом выход первого компьютера 1 через первый модулятор 110 и вход первого оптического блока 101 соединен со входом первого лазера 103, выход первого фотодетектора 104 через выход первого оптического блока 101 соединен со входом первого компьютера 1,the output of the
первый луч 106 света, излучаемый первым источником 103 света, сориентирован на первое ядро 102 нелокальной квантовой связи, первая заглушающая свет преграда 105 сориентирована для приема остаточного луча 107 света, прошедшего через первое ядро 102 нелокальной квантовой связи, а первый фотодетектор 104 сориентирован для приема света 108, рассеиваемого первым ядром 102 нелокальной квантовой связи.the
Вторая приемопередающая станция 2 нелокальной квантовой связи содержитThe second transceiver station 2 non-local quantum communication contains
второй компьютер 2, выступающий в роли второго источника и получателя информации,the second computer 2 acting as the second source and recipient of information,
второй модулятор 210,
второй демодулятор 209
и второй оптический блок 201,and a second
в состав которого входят второй источник 203 света, второй фото детектор 204, вторая заглушающая свет преграда 205, приспособленная для поглощения лишнего света, и второе ядро 202 нелокальной квантовой связи, выполненное в виде термолюминесцентного кристалла,which includes a
при этом выход второго компьютера 2 через второй модулятор 210 и вход второго оптического блока 201 соединен со входом второго лазера 203, выход второго фотодетектора 204 через выход второго оптического блока 201 соединен со входом второго компьютера 2;while the output of the second computer 2 through the
второй луч 206 света, излучаемый вторым лазером 203, сориентирован на второе ядро 202 нелокальной квантовой связи, вторая заглушающая свет преграда 205 сориентирована для приема остаточного луча 207 света, прошедшего через второе ядро 202 нелокальной квантовой связи, а второй фотодетектор 204 сориентирован для приема света 208, рассеиваемого вторым ядром 202 нелокальной квантовой связи.the second
Главными элементами системы нелокальной квантовой связи можно назвать первое ядро 102 нелокальной квантовой связи первого ППУ 112 нелокальной квантовой связи и второе ядро 202 нелокальной квантовой связи второго ППУ 212 нелокальной квантовой связи, которые выполнены в виде термолюминесцентных кристаллов, содержащих квантово-запутанные электронные центры окраски.The main elements of the system of non-local quantum communication can be called the
Рассматриваемая система нелокальной квантовой связи выполнена с возможностью того, что сообщения, поступающие от компьютера передающей стороны, передаются посредством импульсного, в соответствии с двоичными символами «1» или «0», облучения лучом света на передающей стороне одного из ядер 102 и 202 нелокальной квантовой связи и непрерывного облучения лучом света на приемной стороне другого из ядер 102 и 202 нелокальной квантовой связи, с измерением на приемной стороне длительности рассеивания света ядром нелокальной квантовой связи приемной стороны, которое производится при помощи фотодетектора приемной стороны.The considered system of non-local quantum communication is made with the possibility that messages coming from the computer of the transmitting side are transmitted by pulsed, in accordance with the binary symbols "1" or "0", irradiation with a beam of light on the transmitting side of one of the
Причем в качестве передающей стороны может служить любая из двух приемопередающих станций (1 или 2) нелокальной квантовой связи, в то время как другая приемопередающая станция нелокальной квантовой связи при этом будет служить в качестве приемной стороны.Moreover, any of the two transceiver stations (1 or 2) of non-local quantum communication can serve as the transmitting side, while the other transceiver station of non-local quantum communication will serve as the receiving side.
В рассматриваемой системе нелокальной квантовой связи для формирования квантово-механически запутанных электронных центров окраски термолюминесцентные кристаллы первого ядра 102 нелокальной квантовой связи первой приемопередающей станции 1 нелокальной квантовой связи и второго ядра 202 нелокальной квантовой связи второй приемопередающей станции 2 нелокальной квантовой связи предварительно одновременно и совместно облучены квантово-запутанными рентгеновскими или гамма-квантами с целью создания запутанных ловушек (электронных центров окраски) в смежных термолюминесцентных кристаллах для соответственно первого ядра 102 нелокальной квантовой связи и второго 202 ядра нелокальной квантовой связи.In the considered system of non-local quantum communication for the formation of quantum-mechanically entangled electronic color centers, thermoluminescent crystals of the
Кроме того, первый фотодетектор 104 и второй фотодетектор 204 могут быть сориентированы перпендикулярно соответственно первому лучу 106 света и второму лучу 206 света, излучаемыми соответственно первым источником 103 света и вторым источником 203 света, для приема соответственно света 108 и света 208, рассеиваемого соответственно первым ядром 102 нелокальной квантовой связи и вторым ядром 202 нелокальной квантовой связи.In addition, the
В свою очередь, первая заглушающая свет преграда 105 и вторая заглушающая свет преграда 205 могут быть размещены перпендикулярно соответственно первому остаточному лучу 107 света и второму остаточному лучу 207 света, прошедшими через соответственно первое ядро 102 нелокальной квантовой связи и второе ядро 202 нелокальной квантовой связи. На этом чертеже показаны 3 различных вида связи:In turn, the first light-blocking
- традиционная электрическая связь - сплошная одинарная линия;- traditional electrical connection - solid single line;
- традиционная оптическая связь - сплошная двойная стрелка, при этом излучаемые источниками 103, 203 света лучи света показаны стрелками 106, 206 соответственно, рассеянный квантово-механически запутанными электронными центрами окраски свет показан стрелками 108, 208, а остаточные лучи света (вторичные волны, создаваемые термолюминесцентными кристаллами при падении на них лучей света от соответствующего источника и прошедшие сквозь него) показаны стрелками 107 и 207;- traditional optical communication - a solid double arrow, while the light rays emitted by the
- нелокальная квантовая связь - пунктирная линия между первым и вторым ядрами 102 и 202 нелокальной квантовой связи, между которыми осуществляется нелокальная квантовая связь, обусловленная запутанностью электронных центров окраски термолюминесцентных кристаллов, входящих в состав первого и второго ядер 102 и 202 нелокальной квантовой связи.- non-local quantum bond - a dotted line between the first and
Описание работы рассматриваемой системы связи. На фиг. 2 представлена последовательность операций (блок-схема алгоритма) развертывания технических средств системы нелокальной квантовой связи, результатом выполнения которых является создание системы связи с двумя квантово-запутанными термолюминесцентными кристаллами. Реализация такой последовательности операций позволяет сформировать запутанность таких частиц, как электроны, при этом, как отмечалось выше, запутанные электроны могут "сохраняться" в ионных или примесных ловушках (центрах окраски) и оставаться изолированными от влияния декогеренции со стороны окружения ловушек в течение значительных промежутков времени.Description of the operation of the considered communication system. In FIG. 2 shows the sequence of operations (flowchart of the algorithm) for deploying the technical means of a non-local quantum communication system, the result of which is the creation of a communication system with two quantum-entangled thermoluminescent crystals. The implementation of such a sequence of operations makes it possible to form the entanglement of particles such as electrons, while, as noted above, entangled electrons can be "remained" in ion or impurity traps (color centers) and remain isolated from the influence of decoherence from the trap environment for significant periods of time. .
Для уяснения сути рассматриваемой системы связи в качестве примера рассмотрим ситуацию, когда необходимо передать информацию от первого компьютера 1 ко второму компьютеру 2, т.е. когда первый компьютер 1 является передающей, а второй компьютер 2 - приемной стороной.To clarify the essence of the communication system under consideration, as an example, consider the situation when it is necessary to transfer information from the
Рассмотрим случай, когда в рассматриваемой системе нелокальной квантовой связи не нужно передавать никакую информацию. Источник, в качестве которого выступает второй лазер 203 (фиг. 1), излучает второй луч 206 света в непрерывном режиме. Этот свет, поступая на термолюминесцентный кристалл второго ядра 202 нелокальной квантовой связи, вызывает в нем поляризацию электрически упругого смещения электронов электронных центров окраски, квантово-механически запутанных с электронными центрами окраски кристалла в первом ядре 102 нелокальной квантовой связи. В процессе вынужденных (под действием падающей световой волны) колебаний электронов с частотой вынуждающей силы, периодически изменяются дипольные электрические моменты центров окраски, частота которых тоже равна частоте вынуждающей силы, излучающих вследствие этого свет с теми же параметрами, т.е. с той же частотой фотонов и в том же направлении. Тем самым от второго фотодетектора 204, расположенного перпендикулярно направлению распространения второго луча 206 света, какие-либо сигналы отсутствуют.Let us consider the case when in the considered system of nonlocal quantum communication it is not necessary to transmit any information. The source, which is the second laser 203 (FIG. 1), emits the
Из-за несовершенства кристаллической структуры - наличия неоднородностей и примесей - незначительная часть света из второго луча 206 света неизбежно рассеивается. Этот рассеянный свет необходимо рассматривать в качестве паразитного шума и, следовательно, его необходимо отфильтровать, что достигается соответствующей настройкой чувствительности второго фотодетектора 204.Due to the imperfection of the crystal structure - the presence of inhomogeneities and impurities - a small part of the light from the
Пусть теперь в рассматриваемой системе нелокальной квантовой связи нужно передать двоичный символ информации. Если источник, в качестве которого выступает первый источник 103 света, излучит короткий импульс первым лучом 106 света, что соответствует передаваемому двоичному символу, например, «0», или более длинный импульс первым лучом 106 света, соответствующий передаваемому двоичному символу «1», то под действием этого первого луча 106 света в термолюминесцентном кристалле первого ядра 102 нелокальной квантовой связи возникает поляризация электрически упругого смещения электронов центров окраски. Поскольку запутанные между термолюминесцентными кристаллами первого и второго ядер 102 и 202 нелокальной квантовой связи электронные центры окраски описываются единой волновой функцией, то и направления поляризации электрически упругого смещения электронов последних, в силу законов квантовой механики, не могут быть независимыми друг от друга. Поэтому направления света, излучаемого электронными центрами окраски в термолюминесцентных кристаллах первого и второго ядер 102 и 202 нелокальной квантовой связи, будут отличаться из-за инвариантности относительно поворотов системы координат, от направления первого и второго лучей 106 и 206 света, излучаемых источниками в виде первого и второго источников 103 и 203 света.Let now in the considered system of nonlocal quantum communication it is necessary to transmit a binary symbol of information. If the source, which is the first
Другими словами, на время (которое и определяет, каким будет двоичный символ - «0» или «1») прохождения первого луча 106 света по термолюминесцентному кристаллу первого ядра 102 нелокальной квантовой связи, интенсивность рассеивания второго луча 206 света термолюминесцентным кристаллом второго ядра 202 нелокальной квантовой связи, которое приводит к появлению света 208 (рассеянного термолюминесцентным кристаллом второго ядра 202 нелокальной квантовой связи), повысится. Вследствие этого свет 208, рассеянный термолюминесцентным кристаллом второго ядра 202 нелокальной квантовой связи, попадает на второй фотодетектор 204. Второй фотодетектор 204 реагирует на него (из-за более высокой его интенсивности по сравнению с паразитным шумом), как на полезный сигнал. Длительность такого полезного сигнала в точности равна длительности рассеивания квантово-механически запутанными электронными центрами окраски в термолюминесцентном кристалле второго ядра 202 нелокальной квантовой связи, падающего на него второго луча 206 света с формированием света 208 (рассеянного термолюминесцентным кристаллом второго ядра 202 нелокальной квантовой связи), а значит и в точности равна длительности прохождения первого луча 106 света по термолюминесцентному кристаллу первого ядра 102 нелокальной квантовой связи, т.е., согласно передаваемому двоичному символу «0» или «1».In other words, for the time (which determines whether the binary symbol will be “0” or “1”) of the passage of the
Вышеописанная последовательность операций (блок-схема алгоритма) передачи информации при осуществлении нелокальной квантовой связи с помощью предлагаемого ППУ нелокальной квантовой связи проиллюстрирована на фиг.3.The above-described sequence of operations (flowchart of the algorithm) for transmitting information in the implementation of non-local quantum communication using the proposed PPU non-local quantum communication is illustrated in Fig.3.
Что касается переключения направления передачи информации в системе нелокальной квантовой связи, работающей в полудуплексном режиме, то отметим, что вопросу организации связи в полудуплексном режиме посвящено множество литературы, в частности, [4, 13].As for switching the direction of information transfer in a nonlocal quantum communication system operating in half-duplex mode, we note that a lot of literature is devoted to the organization of communication in half-duplex mode, in particular, [4, 13].
Таким образом, достигается требуемый технический результат, который заключается в повышении качества связи за счет устранения паразитных шумов, создаваемых остаточным лучом света.Thus, the required technical result is achieved, which is to improve the quality of communication by eliminating parasitic noise generated by the residual light beam.
Источники информацииInformation sources
1. Патент RU 2106749 C1, Н04В 10/02 (2006.01), 03.10.1998. Космическая оптическая линия связи между двумя объектами.1. Patent RU 2106749 C1, H04B 10/02 (2006.01), 03.10.1998. Space optical communication line between two objects.
2. Патент RU 2116700 C1, Н04В 14/00 (2006.01), Н04 В 1/707 (2006.01), 27.07.1998. Устройство связи.2. Patent RU 2116700 C1, H04B 14/00 (2006.01),
3. Патент RU 2702613 С2, Н04 В 10/70 (2013.01), 27.06.2019. Способ связи.3. Patent RU 2702613 C2, H04 B 10/70 (2013.01), 06/27/2019. Communication method.
4. Cowley J. Communications and Networking: An Introduction. - Springer, 2006. - P. 8-9.4. Cowley J. Communications and Networking: An Introduction. - Springer, 2006. - P. 8-9.
5. Einstein A., Podolsky В., Rosen N. Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete? // Phys. Rev., 1935, vol. 47. - P. 777-780.5. Einstein A., Podolsky B., Rosen N. Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete? // Phys. Rev., 1935, vol. 47. - P. 777-780.
6. Bell J.S. Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics, New York, Cambridge University Press, 1993.6. Bell J.S. Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics, New York, Cambridge University Press, 1993.
7. Aspect A. Trois tests experimentaux desinegalites de Bell par mesure de correlation de polarisation de photons, Doctoral Dissertation, universite Paris-Orsay, 1983.7. Aspect A. Trois tests experimentaux desinegalites de Bell par mesure de correlation de polarization de photons, Doctoral Dissertation, universite Paris-Orsay, 1983.
8. Jennewein Т., Weihs G., Jian-Wei P., Zeilinger A. Experimental Nonlocality Proof of Quantum Teleportation and Entanglement Swapping // Phys. Rev. Lett., 2002, vol. 88.8. Jennewein T., Weihs G., Jian-Wei P., Zeilinger A. Experimental Nonlocality Proof of Quantum Teleportation and Entanglement Swapping, Phys. Rev. Lett., 2002, vol. 88.
9. Bowen W.P., Lam P.K., Ralph T.C. Biased EPR Entanglement and Its Application to Teleportation // Journal of Modern Optics, 2002.9. Bowen W.P., Lam P.K., Ralph T.C. Biased EPR Entanglement and Its Application to Teleportation // Journal of Modern Optics, 2002.
10. Desbrandes, R., Van Gent, D. Intercontinental quantum liaisons between entangled electrons in ion traps of thermoluminescent crystals, 2006.10. Desbrandes, R., Van Gent, D. Intercontinental quantum liaisons between entangled electrons in ion traps of thermoluminescent crystals, 2006.
11.Непомнящих А.И., Рлджэбов E.A., Егранов A.B. Центры окраски и люминесценция кристаллов LiF // Академия наук СССР. Сибирское отделение, Институт геохимии им. Академика А.П. Виноградова, 1984.11. Nepomnyashchikh A.I., Rldzhebov E.A., Egranov A.V. Color centers and luminescence of LiF crystals // USSR Academy of Sciences. Siberian Branch, Institute of Geochemistry named after Academician A.P. Vinogradova, 1984.
12. Либенсон М.Н., Яковлев Е.Б., Шандыбина Т.Д. Взаимодействие лазерного излучения с веществом // Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, Санкт-Петербург, 2005.12. Libenson M.N., Yakovlev E.B., Shandybina T.D. Interaction of laser radiation with matter // St. Petersburg State University of Information Technologies, Mechanics and Optics, St. Petersburg, 2005.
13. Гольдштейн Б.С. Сигнализация в сетях связи. Том. 1. - М: Радио и связь, 1998. - 423 с.13. Goldstein B.S. Signaling in communication networks. Volume. 1. - M: Radio and communication, 1998. - 423 p.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU218127U1 true RU218127U1 (en) | 2023-05-11 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2235434C2 (en) * | 2002-03-29 | 2004-08-27 | Мордовин Александр Александрович | Method for data transfer basing on non-local quantum correlation between particles in confused quantum-mechanical state |
| RU2465730C1 (en) * | 2011-04-12 | 2012-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно Исследовательская Компания "Каскад" (ООО НИК "Каскад") | Method of transmitting information using photons (versions) |
| US8391721B2 (en) * | 2006-07-04 | 2013-03-05 | Saquant | Method and apparatus for remote communication using the interpretation of thermoluminescence or photoluminescence signals |
| US9270385B2 (en) * | 2004-08-04 | 2016-02-23 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | System and method for quantum based information transfer |
| RU2702613C2 (en) * | 2019-04-09 | 2019-10-09 | Сергей Витальевич Коннов | Method of communication |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2235434C2 (en) * | 2002-03-29 | 2004-08-27 | Мордовин Александр Александрович | Method for data transfer basing on non-local quantum correlation between particles in confused quantum-mechanical state |
| US9270385B2 (en) * | 2004-08-04 | 2016-02-23 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | System and method for quantum based information transfer |
| US8391721B2 (en) * | 2006-07-04 | 2013-03-05 | Saquant | Method and apparatus for remote communication using the interpretation of thermoluminescence or photoluminescence signals |
| RU2465730C1 (en) * | 2011-04-12 | 2012-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно Исследовательская Компания "Каскад" (ООО НИК "Каскад") | Method of transmitting information using photons (versions) |
| RU2702613C2 (en) * | 2019-04-09 | 2019-10-09 | Сергей Витальевич Коннов | Method of communication |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | Large scale quantum key distribution: challenges and solutions | |
| Bourgoin et al. | Experimental quantum key distribution with simulated ground-to-satellite photon losses and processing limitations | |
| Lanzagorta | Underwater communications | |
| Fletcher et al. | Undersea laser communication with narrow beams | |
| Sharma et al. | Analysis of atmospheric effects on satellite-based quantum communication: a comparative study: V. Sharma, S. Banerjee | |
| EP4035302B1 (en) | A system for generating polarisation-entangled photon pairs for repeating a quantum signal over a distance and a method for generating polarisation-entangled photon pairs in a multi-mode quantum memory for repeating a quantum signal over a distance | |
| CN107241142B (en) | Laser-X-ray communication system and method together | |
| Phehlukwayo et al. | Influence of coincidence detection of a biphoton state through free-space atmospheric turbulence using a partially spatially coherent pump | |
| US5301051A (en) | Multi-channel, covert, non-line-of-sight UV communication | |
| RU218127U1 (en) | Quantum communication transceiver | |
| Wang et al. | An overview on deployment strategies for global quantum key distribution networks | |
| Zhang et al. | End‐to‐end demonstration for CubeSatellite quantum key distribution | |
| RU2830497C2 (en) | Quantum communication system | |
| CN115883089B (en) | Polarization selective phase modulation interferometer, quantum key distribution device, system and network | |
| Morris et al. | A survey of quantum key distribution (QKD) technologies | |
| Islam et al. | Performance analysis of 2.5 gbps PIN and APD photodiodes to use in free space optical communication link | |
| Villoresi et al. | Space-to-ground quantum communication using an optical ground station: a feasibility study | |
| RU2702613C2 (en) | Method of communication | |
| CN103856264A (en) | Extreme ultraviolet-ray space remote communication system | |
| Divsalar et al. | Wavelength division multiple access for deep space optical communications | |
| RU2591202C1 (en) | Method of non-local information transmission | |
| Peters et al. | Quantum Networking and Communications at Oak Ridge National Laboratory | |
| Bannik et al. | Noise-immunity kazan quantum line at 143 km regular fiber link | |
| Youssouf et al. | Induced electron radiation effect on the performance of inter-satellite optical wireless communication | |
| EP4026262A1 (en) | Data distribution, communication and data collection process |