[go: up one dir, main page]

RU218127U1 - Quantum communication transceiver - Google Patents

Quantum communication transceiver Download PDF

Info

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
Application number
RU2022118453U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Владимирович Горшков
Кирилл Евгеньевич Жовноватый
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет им. А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство)"
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет им. А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство)" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет им. А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство)"
Application granted granted Critical
Publication of RU218127U1 publication Critical patent/RU218127U1/en

Links

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 quantum communication 112 and 212, between which non-local quantum communication, shown in the drawing by a dotted line. Mentioned first and second transceiver stations of non-local quantum communication also include computers 1 and 2, respectively, acting as sources and recipients of information.

Всего первая приемопередающая станция 1 нелокальной квантовой связи содержитIn total, the first transceiver station 1 of non-local quantum communication contains

первый компьютер 1, выступающий в роли первого источника и получателя информации,the first computer 1, acting as the first source and recipient of information,

первый модулятор 110,first modulator 110,

первый демодулятор 109first demodulator 109

и первый оптический блок 101,and the first optical unit 101,

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 first light source 103, a first photodetector 104, a first light-dampening barrier 105 adapted to absorb excess light, and a first non-local quantum coupling core 102 made in the form of a thermoluminescent crystal,

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 first computer 1 through the first modulator 110 and the input of the first optical unit 101 is connected to the input of the first laser 103, the output of the first photodetector 104 through the output of the first optical unit 101 is connected to the input of the first computer 1,

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 first light beam 106 emitted by the first light source 103 is oriented towards the first non-local quantum coupling core 102, the first light-dampening barrier 105 is oriented to receive the residual light beam 107 that has passed through the first non-local quantum coupling core 102, and the first photodetector 104 is oriented to receive light 108 scattered by the first non-local quantum bond core 102.

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,second modulator 210,

второй демодулятор 209second demodulator 209

и второй оптический блок 201,and a second optical unit 201,

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 second light source 203, a second photo detector 204, a second light-dampening barrier 205 adapted to absorb excess light, and a second non-local quantum coupling core 202 made in the form of a thermoluminescent crystal,

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 second modulator 210 and the input of the second optical unit 201 is connected to the input of the second laser 203, the output of the second photodetector 204 through the output of the second optical unit 201 is connected to the input of the second computer 2;

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 light beam 206 emitted by the second laser 203 is oriented towards the second non-local quantum coupling core 202, the second light-dampening barrier 205 is oriented to receive the residual light beam 207 that has passed through the second non-local quantum coupling core 202, and the second photodetector 204 is oriented to receive light 208 , scattered by the second core 202 of non-local quantum communication.

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 first core 102 of non-local quantum communication of the first PPU 112 of non-local quantum communication and the second core 202 of non-local quantum communication of the second PPU 212 of non-local quantum communication, which are made in the form of thermoluminescent crystals containing quantum-entangled electronic color centers.

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 nuclei 102 and 202 of the non-local quantum and continuously irradiating the light beam on the receiving side of the other of the non-local quantum coupling nuclei 102 and 202, with the measurement on the receiving side of the duration of light scattering by the receiving side non-local quantum coupling core, which is performed using the receiving side photodetector.

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 first core 102 of non-local quantum communication of the first transceiver station 1 of non-local quantum communication and the second core 202 of non-local quantum communication of the second transceiver station 2 of non-local quantum communication are previously simultaneously and jointly irradiated quantum - entangled x-ray or gamma quanta to create entangled traps (electronic color centers) in adjacent thermoluminescent crystals for the first non-local quantum bond core 102 and the second non-local quantum bond core 202, respectively.

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 first photodetector 104 and the second photodetector 204 may be oriented perpendicular to the first light beam 106 and the second light beam 206, respectively, emitted by the first light source 103 and the second light source 203, respectively, to receive, respectively, the light 108 and the light 208 scattered, respectively, by the first core. 102 non-local quantum communication and the second core 202 non-local quantum communication.

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 barrier 105 and the second light-blocking barrier 205 can be placed perpendicular to the first residual light beam 107 and the second residual light beam 207, respectively, passing through the first non-local quantum coupling core 102 and the second non-local quantum coupling core 202, respectively. This drawing shows 3 different types of connection:

- 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 light sources 103, 203 are shown by arrows 106, 206, respectively, the light scattered by quantum mechanically entangled electronic color centers is shown by arrows 108, 208, and the residual light rays (secondary waves generated by thermoluminescent crystals when light rays fall on them from the corresponding source and passed through it) are shown by arrows 107 and 207;

- 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 second nuclei 102 and 202 of non-local quantum bond, between which non-local quantum bond occurs, due to the entanglement of the electronic color centers of thermoluminescent crystals that are part of the first and second nuclei 102 and 202 of non-local quantum bond.

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 first computer 1 to the second computer 2, i.e. when the first computer 1 is the transmitting side and the second computer 2 is the receiving side.

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 second beam 206 of light in a continuous mode. This light, arriving at the thermoluminescent crystal of the second core 202 of the nonlocal quantum bond, causes in it the polarization of the electrically elastic displacement of the electrons of the electronic color centers quantum-mechanically entangled with the electronic color centers of the crystal in the first core 102 of the nonlocal quantum bond. In the process of forced (under the action of an incident light wave) oscillations of electrons with the frequency of the driving force, the dipole electric moments of the color centers periodically change, the frequency of which is also equal to the frequency of the driving force, which consequently emit light with the same parameters, i.e. with the same frequency of photons and in the same direction. Thus, from the second photodetector 204, located perpendicular to the direction of propagation of the second beam 206 of light, there are no signals.

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 second beam 206 of light is inevitably scattered. This stray light must be considered as spurious noise and therefore must be filtered out by suitably adjusting the sensitivity of the second photodetector 204.

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 light source 103, emits a short pulse of the first light beam 106, which corresponds to the transmitted binary symbol, for example, "0", or a longer pulse of the first light beam 106, corresponding to the transmitted binary symbol "1", then under the action of this first beam 106 of light in the thermoluminescent crystal of the first core 102 of non-local quantum bonding, polarization of the electrically elastic displacement of the electrons of the color centers occurs. Since the electronic color centers entangled between the thermoluminescent crystals of the first and second nuclei 102 and 202 of nonlocal quantum coupling are described by a single wave function, the directions of polarization of the electrically elastic displacement of the electrons of the latter, due to the laws of quantum mechanics, cannot be independent of each other. Therefore, the directions of light emitted by electronic color centers in thermoluminescent crystals of the first and second nuclei 102 and 202 of non-local quantum communication will differ from the direction of the first and second beams 106 and 206 of light emitted by sources in the form of the first and second light sources 103 and 203.

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 first light beam 106 through the thermoluminescent crystal of the first non-local quantum bond core 102, the scattering intensity of the second light beam 206 by the thermoluminescent crystal of the second non-local quantum bond core 202 the quantum coupling that results in light 208 (scattered by the thermoluminescent crystal of the second non-local quantum coupling core 202) will increase. As a result, the light 208 scattered by the thermoluminescent crystal of the second core 202 of non-local quantum coupling falls on the second photodetector 204. The second photodetector 204 reacts to it (due to its higher intensity compared to parasitic noise) as a useful signal. The duration of such a useful signal is exactly equal to the duration of the scattering by quantum-mechanically entangled electronic color centers in the thermoluminescent crystal of the second core 202 of non-local quantum communication, the second beam 206 of light incident on it with the formation of light 208 (scattered by the thermoluminescent crystal of the second core 202 of non-local quantum communication), and means and is exactly equal to the duration of the passage of the first beam 106 of light through the thermoluminescent crystal of the first core 102 of non-local quantum communication, i.e., according to the transmitted binary symbol "0" or "1".

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), H04 B 1/707 (2006.01), 27.07.1998. Communication device.

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)

Приемопередающее устройство нелокальной квантовой связи, содержащее источник света, установленный перед термолюминесцентным кристаллом, фотоприемник, который расположен рядом с термолюминесцентным кристаллом перпендикулярно распространению луча света, излучаемого источником света, отличающееся тем, 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 приемопередающего устройства нелокальной квантовой связи через модулятор соединен со входом источника света, выход фотоприемника через демодулятор соединен с выходом приемопередающего устройства нелокальной квантовой связи.A transceiver for non-local quantum communication, comprising 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, characterized in that it additionally contains a modulator, a demodulator and a light-dampening barrier, 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 transceiver of non-local quantum communication is connected through the modulator to the input of the light source, the output of the photodetector is connected through the demodulator to the output of the transceiver of non-local quantum communication.
RU2022118453U 2022-07-06 Quantum communication transceiver RU218127U1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU218127U1 true RU218127U1 (en) 2023-05-11

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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