Teleinformatyka kwantowa

• Autorzy: Romaniuk Ryszard S.

Identyfikatory

DOI

10.15199/59.2022.5.2

Warianty tytułu

EN

Quantum teleinformatics

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Technologia kwantowa jest obszarem coraz skuteczniej funkcjonalizującym zjawiska mechaniki kwantowej, nie tylko jak to robiono dotychczas z sukcesem, czyli głównie poprzez inżynierię przerwy zabronionej. Epoka Quantum-1 dała nam układy scalone, lasery, czujniki, komputery, informatykę, telekomunikację światłowodową i satelitarną. W wielu obszarach Quantum-1 doszliśmy, lub za jakiś czas dojdziemy, do granic technologicznych. Świat naukowy zauważył możliwość dalszego, nie ewolucyjnego, ale skokowego rozwoju wymienionych technologii poprzez zmianę epoki na coś co dzisiaj nazywamy Quantum 2. Quantum 2 nie bazuje na przerwie zabronionej tak jak Quantum 1, ale usiłuje dowolnie manipulować pojedynczym izolowanym, a także grupą skorelowanych układów kwantowych. Za taką datę narodzin Quantum 2 uznaje się odkrycie przez Johna Stewarda Bella w 1964 roku nierówności i sformułowanie na jej podstawie prawa dotyczącego ścisłej granicy nielokalności kwantowej w układzie dwustronnym, lub jak dzisiaj mówimy dowodu splątania między Alicją i Bobem. J.S.Bell przedstawił możliwość prostej i ścisłej eksperymentalnej weryfikacji paradoksu EPR z roku 1934 poprzez statystyczny pomiar korelacji kwantowych. Nie od razu skonsumowano to genialne odkrycie. Pierwszy prosty eksperyment weryfikacyjny prawdziwość naruszenie nierówności wykonał zespół Johna Clausera w r. 1979 na podstawie wyprowadzonej w roku 1969 nierówności klasy Bella - CHSH. Pełny eksperyment, jednak bez unikania większości luk pomiarowych, wykonał po raz pierwszy zespół Alaina Aspecta w roku 1982. Zespół Antona Zeilingera wykonał wiele testów Bella także w skali kosmicznej, pokazał pierwszy teleportację kwantową i możliwość manipulacji splątaniem poprzez jego przełączanie między kubitami. Clauser, Aspect i Zeilinger otrzymali nagrodę Nobla z fizyki za te osiągnięcia w roku 2022. Stanowią one bramę wejściową do epoki Quantum 2 i podstawę rozwoju informacyjnych technologii kwantowych na fizycznej platformie fotoniki kwantowej.

EN

Quantum technology is an area that is increasingly functionalizing the phenomena of quantum mechanics, not only as it has been successfully done so far, i.e. mainly through the forbidden gap engineering. The Quantum-1 era gave us integrated circuits, lasers, sensors, computers, IT, fiber optic and satellite telecommunications. In many areas of Quantum-1, we have reached or will come to technological limits in some time. The scientific world has noticed the possibility of a further, not evolutionary, but leapfrog development of these technologies by changing the epoch to what we now call Quantum-2. Quantum-2 is not based on a forbidden band like Quantum-1, but tries to arbitrarily manipulate a single isolated as well as a group of correlated quantum systems. The birth date of Quantum-2 is considered to be the discovery by John Steward Bell in 1964 of inequality and the formulation of a law on the strict limit of quantum nonlocality in a bilateral system, or as we speak today, the proof of entanglement between Alice and Bob. J.S.Bell presented the possibility of a simple and strict experimental verification of the EPR paradox from 1934 through the statistical measurement of quantum correlations. This brilliant discovery was not immediately consumed. The first simple experiment to verify the truth of the inequality was performed by John Clauser’s team in 1979 on the basis of the Bell-class CHSH inequality derived in 1969. The full experiment, but without avoiding all measurement loopholes, was first performed by Alain Aspect’s team in 1982. Anton Zeilinger’s team performed many Bell tests also on a cosmic scale, showed the first quantum teleportation and the possibility of manipulating entanglement by switching between qubits. Clauser, Aspect and Zeilinger were awarded the Nobel Prize in Physics for these achievements in 2022. They are the gateway to the Quantum-2 era and the basis for the development of quantum information technologies on the physical quantum photonics platform.

Słowa kluczowe

PL

informacyjne technologie kwantowe; Quantum 2; telekomunikacja kwantowa; komputing kwantowy; kubit; kudit

EN

quantum information technologies; Quantum 2; quantum telecommunications; quantum computing; qubit; qudit

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Telekomunikacyjny + Wiadomości Telekomunikacyjne
• Rocznik: 2022
• Tom: nr 5
• Strony: 654--665
• Opis fizyczny: Bibliogr. 37 poz.

Twórcy

autor

Romaniuk Ryszard S.

• Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

Bibliografia

• [1] The Nobel Prize in Physics 2022 [https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2022/press-release/]
• [2] J. Krupansky, 2022, Risk is raising for a Quantum Winter, [jack.krupansky.medium.com]
• [3] D. Zohar, I. Marshall, 1995, The Quantum Society, Harper Collins
• [4] R. LaPierre, 2021, Introduction to quantum computing, Springer
• [5] J. Cotler, F. Wilczek, Bell tests for histories, arXiv:1503.06458
• [6] R. Horodecki et al, 2007, Quantum entanglement, arXiv:0702225
• [7] W.H. Żurek, 2003, Decoherence, einselection, and the quantum origins of the classical, arXiv:01 05127
• [8] A Ekert, 1991, Quantum cryptography based on Bell's theorem, PRL 67(6) 661-663
• [9] G. Furnkranz, 2020, The Quantum Internet, Springer, ISBN: 9783030426637
• [10] P.P Rohde, 2021, The Quantum Internet, Cambridge University Press, ISBN: 1108491456
• [11] D. Rauch, et al., 2018, Cosmic Bell test using random measurement setting from high-redshift quasars, PRL 121 (8), 080403
• [12] J.S. Bell, 1964, On the Einstein Podolsky Rosen paradox, Physics, vol.1, no.3, pp.195-200
• [13] J.S. Bell, 1966, On the problem of hidden variables in quantum mechanics, RMP 38(3), 447-252
• [14] S. Kochen, E.P. Specker, 1967, The problem of hidden variables in quantum mechanics, JMM 17 (l) 59-87
• [15] R.P. Feynmann, 1982, Simulating physics with computers, IJTP 21,467-488
• [16] P Benioff, 1982, Quantum mechanical hamiltonian models of Turing Machines, JSp, 29, 515-546
• [17] D. Deutsch, 1985, Quantum theory, the Church-Turing principle and the universal quantum computer, Proceedings of the Royal Society A 400, 1818
• [18] A Holevo, 1972, Bounds for the quantity of information transmitted by a quantum communication channel, Problems of Information Transmission. 9, 177-183
• [19] B.S. Tsirelson, 1980, Quantum generalizations of Bell's inequality, LMP 4, 83-100
• [20] A Peres, D.R. Terno, 2004, Quantum information and relativity theory, Rev. Mod. Phys. 76 (l) 93-123
• [21] M.M. Wilde, 2017, Quantum Information Theory, Cambridge University Press, ISBN 9781316809976
• [22] P Shor, 1994, Algorithms for quantum computation: discrete logarithms and factoring, Proc. 35th Symp. Found. Comp. Sci., IEEE Comput. Soc. Press. 124-134
• [23] L.K. Grover, 1996, A fast quantum mechanical algorithm for database search, arXiv:9605043
• [24] D.P. DiVincenzo 2000, The physical implementation of quantum computation, arXiv:0002027
• [25] Quantum Algorithm ZOO 2022 [quantumalgorithmzoo.org]
• [26] Qiskit Aqua - A Library of Quantum Algorithms and Applications, 2022
• [27] D. Gottesmann, 1998, The Heisenberg representation of quantum computers, arXiv: 9807006
• [28] G. Hofer-Szabo, 2020, On the three types of Bell's inequalities, arXiv:2004.114055
• [29] J.F. Clauser, M.A. Horne, S. Shimony, R.A. Holt, 1969, Proposed experiment to test local hidden-variable theories, PRL 23(15) 880
• [30] S.J. Friedman, J.F. Clauser, 1972, Experimental test of local hidden-variable theories, PRL 28, 938, 938-941, doi:10.1103/PhysRevLett28.938
• [31] A. Aspect, et al., 1982, Experimental Realization of Einstein-Podolsky-Rosen-Bohrn Gedankenexperiment: A New Violation of Bell's Inequalities, PRL 49(2) 91-94
• [32] A. Aspect, et al., 1982, Experimental Test of Bell's Inequalities Using Time- Varying Analyzers, PRL 49(25) 1804-1807
• [33] A. Aspect, 2007, To be or not to be local, Nature 446(7138), 866867
• [34] S.T. Corneliussen, 2017, China's achievement with quantum satellite, Physics Today, doi:10.1063/PT.6.3.20170627a
• [35] J-W Pan, et al., 2017, Satellite-based entanglement distribution over 1200 kilometers, Science 356(6343) 1140-1144
• [36] A.S. Cacciapuoti, et al., 2019, When entanglement meets classical communications: Quantum Teleportation for the Quantum Internet, arXiv:1907.06197
• [37] Quantum Internet Alliance 2022, [quantum-internet.team]

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).