Развитие теории неклассических перемещенных фотонных состояний для квантовой обработки информации. Метод реализации состояний, квантовых операций. Построение протокола плотного кодирования методами линейной оптики. Протокол квантовой криптографии.
Аннотация к работе
В настоящее время значимость теории информации полностью признано успешным развитием телекоммуникационных технологий и компьютеров. Цифровые компьютеры используют двоичные гейты, и информация кодируется в виде последовательности двоичных битов, которые принимают значения 0 и 1. Данные свойства носителей квантовой информации положены в основу построения квантовых алгоритмов и квантовых компьютеров. Тем не менее, успешное развитие абстрактных идей квантовой информатики делает особо актуальным вопрос как на практике реализовать данные протоколы и еще раз проверить корректность квантового описания. Цель диссертационной работы---исследование фундаментальных вопросов полноты квантовой механики по отношению к неклассическим перемещенным состояниям света, которые могут быть рассмотрены в качестве макроскопических (состояний с большой энергией) в случае увеличения амплитуды перемещения, и расширение возможностей реализации квантовых протоколов с неклассическими перемещенными (макроскопическими) фотонными состояниями света.В разделе 1.4 вводится понятие когерентного состояния и рассматриваются некоторые свойства данного состояния. В разделе 1.5 вводится понятие когерентного кубита, состояния которое формируется из двух когерентных состояний света с равными по модулю, но противоположными по знаку амплитудами. Показано, что возможно рассматривать перемещенные фотонные состояния как состояния одной “большой” частицы без учета ее внутренней структурой, а также возможно воспользоваться ее разложением по базисным состояниям из выбранного набора. Рассматриваются физические следствия из данного преобразования, в частности, возможность разложения микроскопических состояний (состояния с меньшей энергией) в ряд по макроскопическим состояниям (состояния с большей энергией). Представлен вывод представления суперпозиции когерентных состояний (СКС). представление СКС положено в основу генерации данных состояний с большой амплитудой посредством извлечения нескольких фотонов из изначально запутанного состояния света.Единственное, что она получит в результате измерения либо состояние с вероятностью , либо состояние с вероятностью . Выражение (5.1.13) означает, что Боб получает в свое распоряжение частицу в состоянии с максимальной неопределенностью, то есть частицу, которая не несет никакую информацию о начальном состоянии (5.1.5). Действительно, Алиса способна преобразовать состояние (5.1.4) в три других состояния исключительно локальными унитарными преобразованиями. Алиса может применить оператор фазового сдвига на к состоянию (5.1.4), чтобы преобразовать общий квантовый канал в состояние (5.1.3) По этой причине протокол обмена информацией с использованием максимально запутанных состояний и Белловсикх измерений данных состояний назван протоколом плотного кодирования.Исторически сложилось так, что в настоящее время данный протокол известен как BB84 протокол по первым буквам авторов протокола, и цифра 84 указывает на год, когда данный протокол был впервые опубликован. Ева (не желательный персонаж, который стандартно используется в криптографических протоколах и старается получить на санкционированный доступ к информации, предназначенной исключительно Алису и Бобу) не имеет доступа к источнику единичных фотонов, который используется Алисой, чтобы передавать информацию Бобу. Модификация BB84 протокола, чтобы избежать возможности быть прослушанным по протоколу фотон раскалывающей атаки, была предложена в [227]. В научной литературе данный протокол вошел под названием ping-pong протокол. Хотя данный протокол КК допускает возможность и, даже более того, Алиса может даже менять амплитуды каждого посылаемого дуального импульса, при условии что фазовые соотношения между состояниями в параллельных линиях связи остаются неизменными, данные случаи не рассматриваются в данной главе.