УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОДИНОЧНЫХ КВАНТОВЫХ ЧАСТИЦ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к технике связи и может использоваться при передаче информации на расстояние на основе известного в квантовой механике свойства квантовых частиц: «дуальности: волна-частица» выраженного посредством эффекта «коллапс волновой функции» известного также как «Редукция фон Неймана». Уровень техники
Известны устройства для передачи информации на основе квантовых частиц: US 2010/0046754 А1 опубл. 25.02.2010; JP 2001/028584 А опубл. 30.01.2001; US 2007/0070353 А1 опубл. 29.03.2007.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному результату является устройство, реализующее способ передачи информации на основе нелокальной квантовой корреляции между частицами в перепутанном квантово-механическом состоянии (патент РФ на изобретение №2235434, опубл. 27.08.2004). Известное устройство включает: источник пар фотонов в перепутанном по поляризации состоянии, удаленный от приемной стороны на большее расстояние, чем от передающей стороны; на передающей стороне источник двоичной информации, устройство управления зеркалом, управляемое двухпозиционное поворотное зеркало, поляризационный делитель, два фотодетектора; на приемной стороне - поляризационный делитель, полуволновую пластину, три отражающих зеркала, фотодетектор, решающее устройство и получателя информации. Поляризационные делители и ориентируют в пространстве так, чтобы их оси поляризации лежали в плоскостях, перпендикулярных к направлению поступления фотонов, причем одна из осей поляризации делителя должна быть коллениарна одной из осей делителя.
Недостатками известного устройства является относительно низкая надежность передачи информации от передающей стороны к принимающей стороне канала связи.
Раскрытие полезной модели
Техническим результатом, на достижение которого направлено данная полезная модель (ее варианты), является повышение надежности передачи информации от передающей стороны к принимающей стороне канала связи, повышение безопасности от несанкционированного перехвата информации.
Данный технический результат достигается за счет того, что устройство для передачи информации с использованием одиночных квантовых частиц, содержащее источник квантовых частиц, делители, отражающие зеркала, детектирующие устройства, согласно полезной модели по первому варианту, излучающее устройство содержит два когерентных источника одиночных квантовых частиц, испускающих пару квантовых частиц в противоположных направлениях, два светоделителя и два зеркала; передающая и принимающая сторона включает два модулятора, зеркало, детектирующее устройство, кодер-декодер и монитор; причем расстояние от источников квантовых частиц до детектирующих устройств принимающей стороны больше, чем до модуляторов передающей стороны.
Данный технический результат достигается за счет того, что устройство для передачи информации с использованием одиночных квантовых частиц, содержащее источник квантовых частиц, делители, отражающие зеркала, детектирующие устройства, согласно полезной модели по второму варианту, излучающее устройство содержит два когерентных источника одиночных квантовых частиц, испускающих пару квантовых частиц в противоположных направлениях, два светоделителя и два зеркала; передающая сторона включает два модулятора, кодер и монитор; принимающая сторона включает зеркало, детектирующее устройство, декодер и монитор, причем расстояние от источников квантовых частиц до детектирующих устройств принимающей стороны больше, чем до модуляторов передающей стороны.
Данный технический результат достигается за счет того, что в устройстве для передачи информации с использованием одиночных квантовых частиц, содержащее источник квантовых частиц, делители, отражающие зеркала, детектирующие устройства, согласно полезной модели по третьему варианту, излучающее устройство содержит два когерентных источника одиночных квантовых частиц, испускающих пару квантовых частиц в противоположных направлениях, два светоделителя и два зеркала; передающая сторона включает модулятор, кодер и монитор; принимающая сторона включает зеркало, детектирующее устройство, декодер и монитор, причем расстояние от источников квантовых частиц до детектирующих устройств принимающей стороны больше, чем до модулятора передающей стороны.
Данный технический результат достигается за счет того, что в устройстве для передачи информации с использованием одиночных квантовых частиц, содержащее источник квантовых частиц, делители, отражающие зеркала, детектирующие устройства, согласно полезной модели по четвертому варианту, излучающее устройство содержит когерентный источник одиночных квантовых частиц, светоделитель и зеркало; передающая сторона включает модулятор, кодер и монитор; принимающая сторона включает когерентный источник одиночных квантовых частиц, зеркало, детектирующее устройство, декодер и монитор, причем расстояние от источников квантовых частиц до детектирующих устройств принимающей стороны больше, чем до модулятора передающей стороны.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 иллюстрируется схема устройства по первому варианту с использованием двух когерентных источников излучаемых одиночные квантовые частицы в базовой конфигурации.
На фиг.2 показана схема устройства по второму варианту с использованием двух когерентных источников излучаемых одиночные квантовые частицы без детектирования передающей стороной.
На фиг.3 приведена схема устройства по третьему варианту с использованием двух когерентных источников излучаемых одиночные квантовые частицы без детектирования передающей стороной и модуляцией по одному пространственному пути распространения.
На фиг.4 приведена схема устройства по четвертому варианту с использованием двух когерентных источников излучаемых одиночные квантовые частицы один из которых расположен на принимающей стороне.
1
2
3
4
На всех фигурах приняты следующие обозначения: 1 - модулятор, 2 - детектирующее устройство, 3 - светоделитель, 4 - зеркало, 5 - источник когерентных одиночных квантовых частиц (излучатель), 6 -пространственный путь распространения суперпозиционного состояния квантовых частиц (путь), 7 - декодер, 8 - кодер, 9 - монитор (дисплей), 10 - кодер-декодер, L - расстояние от источника когерентных одиночных квантовых частиц до модуляторов стороны №1 (плечо), L - расстояние от источника когерентных одиночных квантовых частиц до детекторов детектирующего устройства стороны №2 (плечо), L - расстояние от источника когерентных одиночных квантовых частиц до модуляторов стороны №2 (плечо), L - расстояние от источника когерентных одиночных квантовых частиц до детекторов детектирующего устройства стороны №1 (плечо).
Осуществление полезной модели Эксперименты показывают, что измерения поляризации квантовой частицы (фотона) приводят к коллапсированию волновой функции фотона, что в свою очередь предопределяет его поведение в момент наблюдения интерференции. В этом случае интерференция исчезает (J. Baldzuhn, Е. Mohler, and W. Martienssen. A wave-particle delayed-choice experiment with a single-photon state. Zeitschrift fuer Physik В Condensed Matter, 77(2):347-352, June 1989).
В предлагаемом техническом решении для передачи информации предполагается использовать эффект «коллапс волновой функции» известный также как «Редукция фон Неймана». На базе эффекта коллапса волновой функции, предполагается получить возможность влиять на интерференционную картину на принимающей стороне таким образом, что статистические данные детектирования квантовых частиц (фотонов) будут однозначно трактоваться декодирующими устройствами как логические «1» или «0».
Таким образом, в основу работы предлагаемого устройства положено экспериментально подтвержденное и изученное явление - коллапс волновой функции (редукция фон Неймана), хорошо известное в квантовой механике. При этом предлагаемое техническое решение (варианты) сконфигурировано таким образом, что центральное место в нем занимает излучатель, испускающий в противоположные стороны (пути) одиночные квантовые частицы в суперпозиционном состоянии.
Реализация предлагаемого устройства для всех вариантов основана на использовании принципа «перекрестной суперпозиции». «Перекрестная суперпозиция» - это создание в физической среде таких условий, когда одиночные квантовые частицы оказываются в состоянии пространственной суперпозиции с возможность интерферировать между собой на противоположных концах путей распространения. Другими словами, это такое распределение в пространстве путей распространения суперпозиционного состояния одиночных квантовых частиц, при котором два пути от двух разных частиц движутся в одном направлении. Достигается это за счет того, что в излучающем устройстве одиночная квантовая частица вводится в состояние суперпозиции (раздваивается) для перемещения по разным путям, и эти пути (в данном случае два пути) направляют в противоположные стороны. Такое же действие происходит и с парной одиночной частицей. Таким образом, на передающую и на принимающую стороны приходят два пути распространения суперпозиционного состояния от двух разных одиночных квантовых частиц (две «половинки» от двух разных частиц).
Устройство для передачи информации с использованием одиночных квантовых частиц работает следующим образом.
1
2
1
2
3
4
После выхода пары одиночных квантовых частиц (фотоны), каждая из собственного когерентного источника (излучателя) 5 (см. фиг.1) частица попадает в собственный светоделитель 3, затем на собственное зеркало 4, и далее в виде параллельных парных пространственных путей распространения суперпозиционного состояния 6 перемещаются либо в свободном пространстве, либо по коммуникативным средам (например, оптоволокно) к адресатам - сторона №1 и сторона №2. После прохождения квантовыми частицами некоторого расстояния L на передающем плече (сторона №1), которое обязательно должно быть несколько короче (асимметрично) принимающего плеча L (сторона №2), установлены модуляторы 1, соединенные с кодером 8. При этом модуляторы 1 производят либо не производят (в зависимости от кодирующего сигнала) измерения состояния пространственных путей распространения суперпозиционных состояний парных одиночных квантовых частиц 6. Далее пути 6 обязательно сходятся в детектирующем устройстве 2 принимающей стороны и необязательно (в зависимости от варианта) на передающей стороне. После попадания в детектирующее устройство 2 сигнал с него поступает в кодер-декодер 10 и далее в виде удобной для пользователя информации поступает на монитор 9. Данная последовательность при соблюдении L<L обеспечивает передачу данных с стороны №1 на сторону №2. При соблюдении условия L<L, а также при наличии согласованного последовательного протокола передачи данных, становится возможной передача информации, по тем же каналам связи, со стороны №2 на сторону №1.
Пошаговая реализация работы предлагаемого устройства, с учетом различных его вариантов, предусматривает последовательное срабатывание различных частей устройства, показанных на фиг.1-4.
Рассмотрим вариант распространения одиночных квантовых частиц в свободном пространстве.
В пределах излучающей части устройства происходит следующее:
1 шаг - с помощью источников когерентных одиночных квантовых частиц 5 в один момент времени получаем пару квантовых частиц (фотонов);
2 шаг - с помощью двух светоделителей 3 раздваиваем каждую частицу, на два пространственных пути распространения суперпозиционного состояния 6, другими словами на две «полуволны»;
3 шаг - при помощи зеркал 4 производим перекрещивание путей распространения суперпозиционного состояния от разных квантовых частиц по принципу «перекрестная суперпозиция», как показано на фиг.1;
4 шаг - отправляем перекрещенные «полуволны» от разных частиц в противоположные стороны (сторона №1 и сторона №2);
В свободном пространстве:
5 шаг - «полуволны» квантовых частиц (фотонов) перемещаются, одна пара перекрещенных «полуволн» - к передающей стороне, другая - к приемной;
6 шаг - первой приходит пара «полуволн», летящая к передающей стороне;
В пределах передающей стороны устройства происходит следующее:
7 шаг - пара «полуволн» достигает модулятора 1 (любое измерительное устройство, в частности ячейка Поккельса или ячейка Фарадея);
8 шаг - в модуляторе 1 в зависимости от того, какой необходимо передать сигнал, либо совершается акт измерения, что соответствует «1» в двоичной кодировке, либо не совершается акт измерения что соответствует «0»;
9 шаг - далее пространственные пути 6 сводим в детектирующем устройстве 2.
В пределах принимающей стороны устройства происходит следующее:
10 шаг - летящие к принимающей стороне «полуволны» от парных одиночных квантовых частиц достигают детектирующего устройства 2, к этому моменту они уже несут заданную модулятором 1 информацию;
11 шаг - в детектирующем устройстве 2 происходит регистрация поступающих частиц;
12 шаг - с детектирующего устройства 2 сигналы отправляются в кодер-декодер 10, декодируются и выводятся на монитор пользователя 9.
Необходимо обратить внимание, что детектирующее устройство 2 регистрирует попадания квантовых частиц (фотонов) в ту или иную область экрана детектора. В первом случае, когда на передающей стороне не совершали акта измерения путей распространения суперпозиционного состояния пары одиночных квантовых частиц (фотонов), то до экрана благополучно приходят волны (волновые функции) квантовых частиц (фотонов), которые взаимодействуя друг с другом, образуют интерференционную картину в виде полос, то есть формируют условия попадания отдельных фотонов в определенные области экрана детектирующего устройства 2. Во втором случае, когда на передающей стороне проводилось измерение, благодаря «перекрестной суперпозиции», волновые функции квантовых частиц вовлеченных в акт измерения - коллапсирует, как на передающей, так и на принимающей сторонах, интерференция пропадает, и фотоны на принимающей стороне будут попадать в другую область экрана детектирующего устройства. В декодирующем устройстве 7 осуществляется статистическая обработка попаданий квантовых частиц (фотонов), в ту или иную область экрана, при этом результат интерпретируется как регистрация одного из двух сигналов либо логической «1», либо логического «0».
Действительно, если приходят на принимающую сторону две квантовые частицы (фотоны), каждая в состоянии пространственной суперпозиции («полуволны»), и для них будут созданы все необходимые условия для возникновения между ними интерференции, они обязательно, по законам квантовой механики, в 100% случаев из 100 возможных должны проинтерферировать. Что проявится в виде попаданий отдельных фотонов в определенные зоны экрана детектора. Очевидно также, что если хотя бы на одном пространственном пути распространения суперпозиционного состояния на передающей стороне, до прихода квантовой частицы на принимающую сторону, будет произведено измерение, то квантовую частицу (фотон) в нем обнаружат с вероятностью в 50%, следовательно, на принимающей стороне в пределах 50%-ой вероятности волновая функция коллапсирует либо в пустой пространственный путь распространения суперпозиционного состояния квантовых частиц, либо в путь, по которому распространяется целый фотон. Это также полностью согласуется с законами квантовой механики. Именно в случаях, когда в одном из двух пространственных путей распространения суперпозиционного состояния квантовых частиц, на принимающей стороне, в результате измерений на передающей стороне, будет обнаружено отсутствие фотона, а по другому придет целый фотон, которому будет не с кем интерферировать, будет детектироваться отсутствие интерференции на принимающей стороне. Таким образом, через наблюдение на принимающей стороне, наличия или отсутствия интерференционной картины на детекторах, будет возможна передача информации. Другими словами, передающая сторона, имеет возможность, манипулировать дуальностью «волна-частица» одиночных квантовых частиц, и таким образом транслирует принимающей стороне свою волю видеть либо волновые, либо корпускулярные признаки квантовой частицы, через коллапс ее волновых свойств. При этом волновые свойства устанавливаются по умолчанию, а корпускулярная природа квантовой частицы проявляется лишь при вмешательстве в систему на передающей стороне.
Первый вариант устройства для передачи информации с использованием одиночных квантовых частиц (см. фиг.1) работает следующим образом.
1
2
3
4
Излучаемые источниками 5 когерентные одиночные квантовые частицы, при помощи светоделителей 3 и зеркал 4, направляют на передающую и принимающую стороны пространственными путями 6 с возможностью формирования квантовой суперпозиции двух состояний. Стороны отдалены друг от друга таким образом, что расстояние от источников 5 до места положения детектирующих устройств 2 принимающей стороны больше, чем до места положения модуляторов 1 передающей стороны. На передающей стороне пространственные пути распространения суперпозиционного состояния 6 пары одиночных квантовых частиц (фотонов) модулируют в соответствии с передаваемыми двоичными сигналами, которыми кодируют передаваемую информацию, и сводят данные пути 6 на передающей стороне в детектирующем устройстве 2 для их регистрации с целью отображения передаваемой информации на мониторе 9. Информацию кодируют в кодер-декодерах 10, с которых управляющий сигнал поступает на модуляторы 1 передающей стороны. Информацию передают в виде двоичных сигналов. В соответствии с передаваемым двоичным сигналом, модуляцию на передающей стороне осуществляют с помощью физического воздействия на модулятор 1. Модулятор 1 изменяет условия распространения одиночных квантовых частиц таким образом, что с некоторой вероятностью, оно приводит в случаях его включения к нарушению интерференционной картины, а в случаях бездействия к восстановлению интерференционной картины на принимающей стороне. На принимающей стороне выделение информации производят по наличию или отсутствию интерференционной картины на детектирующем устройстве 2 принимающей стороны. С детектирующего устройства 2 сигналы поступают на кодер-декодер 10 принимающей стороны и далее на монитор 9 пользователя. Первый вариант устройства для передачи информации с использованием квантовых частиц при соблюдении L<L обеспечивает передачу данных с 1 стороны на 2 сторону. При соблюдении условия L<L, а также при наличии согласованного последовательного протокола передачи данных становится возможной передача информации, по тем же каналам связи, с 2 стороны на 1 сторону.
В качестве квантовых частиц можно использовать фотоны, а также одновременно испускаемые парные группы частиц (фотонов).
Рассмотрим реализацию данного варианта устройства для передачи информации на примере 1.
Пример 1. Использование пары одиночных квантовых частиц в базовой конфигурации.
Источники когерентных одиночных квантовых частиц 5 испускают пару квантовых частиц (фотонов) в противоположных направлениях. В пределах излучающего устройства каждая частица попадают в свой светоделитель 3, где входит в квантовую суперпозицию двух состояний (движение прямо и движение в сторону) и выходит, двигаясь в соответствии с суперпозицией двух состояний каждая по двум своим пространственным суперпозиционным путям распространения 6.
Один из пространственных путей распространения 6 каждой одиночной квантовой частицы после светоделителя 3 лежит в первоначальном направлении, второй посредством отражателя 4 (в случаях прокладки пространственных путей распространения по свободному пространству, в случаях, например, с оптоволокном, необходимости в отражателях нет) направляется в обратном направлении, в направлении движения парной одиночной частицы.
Через некоторое время частицы достигают передающей и принимающей сторон.
-10
На передающей стороне за некоторое время до того как на принимающей стороне квантовые частицы в суперпозиционном состоянии появляются (обязательное условие работы), оба суперпозиционных пространственных пути распространения от двух разных частиц модулируют через модулятор 1 (ячейка Поккельса или ячейка Фарадея). На ячейку подается сигнал код «1» либо не подается сигнал код «О» (возможен обратный порядок), в виде электрического импульса, вследствие чего на передающей стороне либо происходит акт измерения физического параметра (например: поляризации или спина) частицы, либо нет. Эффект Поккельса, как и эффект Фарадея, практически безынерционен (быстродействие порядка 10 с). Благодаря этому они находят активное применение в создании оптических модуляторов.
После прохождения модуляторов 1 частицы попадают в детектирующее устройство 2 передающей стороны для регистрации передаваемого сигнала.
Через некоторое время на принимающей стороне, вследствие работы модуляторов 1 на передающей стороне, детектирующее устройство 2 регистрирует либо отсутствие (в случаях измерения) либо присутствие интерференционной картины.
Таким образом, на передающей стороне разрушая через измерение в результате которого происходит эффект коллапс волновой функции, либо бездействуя - оставляя интерференционную картину на принимающей стороне, становится возможным передача информации через ее кодирование «1»/«0».
1
2
3
4
Особенностью данного варианта является его повышенная безопасность от несанкционированного перехвата, а также способность передавать информацию в обоих направлениях. При соблюдении L<L он обеспечивает передачу данных с 1 стороны на 2 сторону. При соблюдении условия L<L, а также при наличии согласованного последовательного протокола передачи данных становится возможной передача информации по тем же каналам связи с 2-й стороны на 1-ю сторону.
Второй вариант устройства для передачи информации с использованием одиночных квантовых частиц (см. фиг.2) работает следующим образом.
Излучаемые источниками 5 когерентные одиночные квантовые частицы при помощи светоделителей 3 и зеркал 4 направляют на передающую и принимающую стороны пространственными путями 6 с возможностью формирования квантовой суперпозиции двух состояний. Стороны отдалены друг от друга таким образом, что расстояние от источников 5 до места положения детекторов 2 принимающей стороны больше, чем до места положения модуляторов 1 передающей. На передающей стороне пространственные пути распространения суперпозиционного состояния 6 пары одиночных квантовых частиц (фотонов) модулируют в соответствии с передаваемыми двоичными сигналами, которыми кодируют передаваемую информацию. Информацию кодируют в кодере 8, с которого управляющий сигнал поступает на модуляторы 1 передающей стороны. Информацию передают в виде двоичных сигналов. В соответствии с передаваемым двоичным сигналом, модуляцию на передающей стороне осуществляют с помощью физического воздействия на модулятор 1. Модулятор 1 изменяет условия распространения квантовых частиц таким образом, что с некоторой вероятностью, оно приводит в случаях его включения к нарушению интерференционной картины, а в случаях бездействия к восстановлению интерференционной картины на принимающей стороне. На принимающей стороне выделение информации производят по наличию или отсутствию интерференционной картины на детектирующем устройстве 2 принимающей стороны. С детектирующего устройства сигналы поступают на декодер 7 принимающей стороны и далее на монитор пользователя 9.
Особенностью данного варианта, является его способность передавать информацию лишь в одном направлении, от передающей стороны к принимающей стороне.
Рассмотрим реализацию данного варианта устройства для передачи информации на примере 2.
Пример 2. Использование запутанных парных квантовых частиц без детектирования передающей стороной.
Источники 5 когерентных одиночных квантовых частиц испускают пару квантовых частиц в противоположных направлениях. В пределах излучающего устройства частицы попадают каждая в свой светоделитель 3, где входит в квантовую суперпозицию двух состояний (движение прямо и движение в сторону) и выходит, двигаясь в соответствии с суперпозицией двух состояний каждая по двум своим пространственным суперпозиционным путям распространения 6.
Один из пространственных путей распространения 6 каждой одиночной квантовой частицы после светоделителя 3 лежит в первоначальном направлении, второй посредством отражателя 4 (в случаях прокладки пространственных путей распространения по свободному пространству, в случаях, например, с оптоволокном, необходимости в отражателях нет) направляется в обратном направлении, в направлении движения парной частицы.
Через некоторое время частицы достигают передающей и принимающей сторон.
На передающей стороне за некоторое время до того как на принимающей стороне квантовые частицы в суперпозиционном состоянии появляются (обязательное условие работы), оба пространственных пути распространения от двух разных частиц модулируют через модулятор 1 (ячейка Поккельса или ячейка Фарадея). На ячейку подается сигнал код «1» либо не подается сигнал код «0» (возможен обратный порядок), в виде электрического импульса, вследствие чего на передающей стороне либо происходит акт измерения физического параметра (например: поляризации или спина) частицы, либо нет. Через некоторое время на принимающей стороне, вследствие работы модуляторов 1 на передающей стороне, детектирующее устройство 2 регистрирует либо отсутствие (в случаях измерения) либо присутствие интерференционной картины.
Таким образом, на передающей стороне разрушая через измерение в результате которого происходит эффект коллапс волновой функции, либо бездействуя - оставляя интерференционную картину на принимающей стороне, становится возможным передача информации через ее кодирование «1»/«0».
Особенностью данного варианта, является его повышенная безопасность от несанкционированного перехвата при передаче информации в одном направлении, от передающей стороны к принимающей стороне.
Третий вариант устройства для передачи информации с использованием одиночных квантовых частиц (см. фиг.3) работает следующим образом.
Излучаемые источниками 5 когерентные одиночные квантовые частицы при помощи светоделителей 3 и зеркал 4 направляют на передающую и принимающую стороны пространственными путями 6 с возможностью формирования квантовой суперпозиции двух состояний. Стороны отдалены друг от друга таким образом, что расстояние от источников 5 до места положения детекторов 2 принимающей стороны больше, чем до места положения модуляторов 1 передающей. На передающей стороне один из двух пространственных путей распространения суперпозиционного состояния 6 пары одиночных квантовых частиц (фотонов) модулируют в соответствии с передаваемыми двоичными сигналами, которыми кодируют передаваемую информацию. Информацию кодируют в кодере 8, с которого управляющий сигнал поступает на модуляторы 1 передающей стороны. Информацию передают в виде двоичных сигналов. В соответствии с передаваемым двоичным сигналом, модуляцию на передающей стороне осуществляют с помощью физического воздействия на модулятор 1. Модулятор 1 изменяет условия распространения квантовых частиц таким образом, что с некоторой вероятностью, оно приводит в случаях его включения к нарушению интерференционной картины, а в случаях бездействия к восстановлению интерференционной картины на принимающей стороне. На принимающей стороне выделение информации производят по наличию или отсутствию интерференционной картины на детектирующем устройстве 2 принимающей стороны. С детектирующего устройства сигналы поступают на декодер 7 принимающей стороны и далее на монитор пользователя 9.
Особенностью данного варианта, является его повышенная надежность, происходит это за счет упрощения устройства аппаратного инструмента передающей стороны.
Рассмотрим реализацию данного варианта устройства для передачи информации на примере 3.
Пример 3. Использование запутанных парных квантовых частиц без детектирования передающей стороной и модуляцией по одному пространственному пути распространения.
Источники 5 когерентных одиночных квантовых частиц испускают пару квантовых частиц в противоположных направлениях. В пределах излучающего устройства частицы попадают каждая в свой светоделитель 3, где входит в квантовую суперпозицию двух состояний (движение прямо и движение в сторону) и выходит, двигаясь в соответствии с суперпозицией двух состояний каждая по двум своим пространственным суперпозиционным путям распространения 6.
Один из пространственных путей распространения 6 каждой одиночной квантовой частицы после светоделителя 3 лежит в первоначальном направлении, второй посредством отражателя 4 (в случаях прокладки пространственных путей распространения по свободному пространству, в случаях, например, с оптоволокном, необходимости в отражателях нет) направляется в обратном направлении, в направлении движения парной частицы.
Через некоторое время частицы достигают передающей и принимающей сторон.
На передающей стороне за некоторое время до того как на принимающей стороне квантовые частицы в суперпозиционном состоянии появляются (обязательное условие работы), один пространственный путь распространения от двух разных частиц модулируют через модулятор 1 (ячейка Поккельса или ячейка Фарадея). На ячейку подается сигнал код «1» либо не подается сигнал код «0» (возможен обратный порядок), в виде электрического импульса, вследствие чего на передающей стороне либо происходит акт измерения физического параметра (например: поляризации или спина) частицы, либо нет. Через некоторое время на принимающей стороне, вследствие работы модулятора 1 на передающей стороне, детектирующее устройство 2 регистрирует либо отсутствие (в случаях измерения) либо присутствие интерференционной картины.
Таким образом, на передающей стороне разрушая через измерение в результате которого происходит эффект коллапс волновой функции, либо бездействуя - оставляя интерференционную картину на принимающей стороне, становится возможным передача информации через ее кодирование «1»/«0».
Особенностью данного варианта, является его повышенная надежность, при упрощении устройства аппаратного инструмента передающей стороны.
Четвертый вариант устройства для передачи информации с использованием одиночных квантовых частиц (см. фиг.4) работает следующим образом.
Излучаемые источником 5 когерентные одиночные квантовые частицы при помощи светоделителя 3 и зеркала 4 направляются на передающую и принимающую стороны пространственными путями 6 с возможностью формирования квантовой суперпозиции двух состояний. Стороны отдалены друг от друга таким образом, что расстояние от источника 5 до места положения детектора 2 принимающей стороны больше, чем до места положения модулятора 1 передающей. На передающей стороне один пространственный путь распространения суперпозиционного состояния 6 одиночных квантовых частиц (фотонов) модулируют в соответствии с передаваемыми двоичными сигналами, которыми кодируют передаваемую информацию. Информацию кодируют в кодере 8, с которого управляющий сигнал поступает на модулятор 1 передающей стороны. Информацию передают в виде двоичных сигналов. В соответствии с передаваемым двоичным сигналом, модуляцию на передающей стороне осуществляют с помощью физического воздействия на модулятор 1. Модулятор 1 изменяет условия распространения квантовых частиц таким образом, что с некоторой вероятностью, оно приводит в случаях его включения к нарушению интерференционной картины, а в случаях бездействия к восстановлению интерференционной картины на принимающей стороне. На принимающей стороне выделение информации производят по наличию или отсутствию интерференционной картины на детектирующем устройстве 2. На принимающей стороне, с целью проявления интерференции используют собственный источник когерентных одиночных квантовых частиц (сервисный, вспомогательный фотон). С детектирующего устройства сигналы поступают на декодер 7 принимающей стороны и далее на монитор пользователя 9.
Особенностью данного варианта, является его повышенная безопасность от несанкционированного перехвата, и надежность.
Рассмотрим реализацию данного варианта устройства для передачи информации на примере 4.
Пример 4. Использование запутанных парных квантовых частиц без детектирования передающей стороной и модуляцией по одному пространственному пути распространения.
Источник 5 когерентных одиночных квантовых частиц поочередно испускает квантовые частицы. В пределах излучающего устройства частицы попадают в светоделитель 3, где входят в квантовую суперпозицию двух состояний (движение прямо и движение в сторону) и выходят, двигаясь в соответствии с суперпозицией двух состояний по двум пространственным суперпозиционным путям распространения 6.
Один из пространственных путей распространения 6 одиночных квантовых частиц после светоделителя 3 лежит в первоначальном направлении, второй посредством отражателя 4 (в случаях прокладки пространственных путей распространения по свободному пространству, в случаях, например, с оптоволокном, необходимости в отражателях нет) направляется в обратном направлении.
Через некоторое время частицы достигают передающей и принимающей сторон.
На передающей стороне за некоторое время до того как на принимающей стороне квантовые частицы в суперпозиционном состоянии появляются (обязательное условие работы), пространственный путь распространения частиц модулируют через модулятор 1 (ячейка Поккельса или ячейка Фарадея). На ячейку подается сигнал код «1» либо не подается сигнал код «0» (возможен обратный порядок), в виде электрического импульса, вследствие чего на передающей стороне либо происходит акт измерения физического параметра (например: поляризации или спина) частицы, либо нет. Через некоторое время на принимающей стороне, вследствие работы модулятора 1 на передающей стороне, и собственного вспомогательного источника когерентных одиночных квантовых частиц (фотонов), детектирующее устройство 2 регистрирует либо отсутствие (в случаях измерения) либо присутствие интерференционной картины.
Таким образом, на передающей стороне разрушая через измерение в результате которого происходит эффект коллапс волновой функции, либо бездействуя - оставляя интерференционную картину на принимающей стороне, становится возможным передача информации через ее кодирование «1»/«0».
Особенностью данного варианта, является его повышенная безопасность от несанкционированного перехвата, и надежность.
По всей видимости, имеются и другие варианты предложенной квантовой связи, основанные на описанном выше принципе. Однако, они могут отличаться количественной конфигурацией устройств, например, вместо одновременного использования одной пары одиночных квантовых частиц возможно использование двух и более пар, либо использование вместо фотонов в качестве одиночных квантовых частиц - электронов, но подобные изменения не влекут к качественным отличиям от предложенных вариантов.
Использование предлагаемой полезной модели позволяет повысить надежность передачи информации от передающей стороны к принимающей стороне канала связи.