Rețele cuantice complexe

Rețelele cuantice complexe sunt rețele complexe ale căror noduri sunt dispozitive de calcul cuantic.[1][2] Mecanica cuantică a fost utilizată pentru a crea canale de comunicații cuantice securizate, protejate de hacking.[3][4] Comunicațiile cuantice oferă potențialul pentru soluții sigure la scară întreprindere.[5][2][6]

În teorie, este posibil să se profite de mecanica cuantică pentru a crea comunicații securizate folosind caracteristici precum distribuția cheilor cuantice, care este o aplicație a criptografiei cuantice care permite comunicații securizate.[3] Teleportarea cuantică poate transfera date la o rată mai mare decât canalele clasice.[4][relevant?]

Experimente de teleportare cuantică au reușit în 1998.[7] Rețelele prototip de comunicații cuantice au apărut în 2004.[8] Rețelele de comunicații la scară largă tind să aibă topologii și caracteristici non-triviale, cum ar fi efectul de lume mică, structura comunității sau scalare liberă.[6]

Concepte

Qubiți

În teoria informației cuantice, qubiții sunt analogi biților din sistemele clasice. Un qubit este un obiect cuantic care, atunci când este măsurat, poate fi găsit într-una din doar două stări și care este utilizat pentru a transmite informații.[3] Polarizarea fotonilor sau spinul nuclear sunt exemple de fenomene binare care pot fi utilizate ca qubiți.[3]

Inseparabilitate

Inseparabilitatea cuantică este un fenomen fizic caracterizat prin corelația dintre stările cuantice a doi sau mai mulți qubiți separați fizic.[3] Stările inseparabile maxim sunt cele care maximizează entropia inseparabilității.[9][10] În contextul comunicării cuantice, qubiții inseparabili sunt utilizați ca un canal cuantic.[3]

Măsurarea Bell

Măsurarea Bell este un tip de măsurare mecanică-cuantică comună a doi qubiți, astfel încât, după măsurare, cei doi qubiți sunt inseparați maxim.[3][10]

Schimbarea inseparabilității

Schimbarea inseparabilității este o strategie utilizată în studiul rețelelor cuantice care permite schimbarea conexiunilor din rețea.[1][11] De exemplu, dacă se dau 4 qubiți, A, B, C și D, astfel încât qubiții C și D aparțin aceleiași stații, în timp ce A și C aparțin la două stații diferite, și unde qubitul A este inseparat cu qubitul C, iar qubitul B este inseparat cu qubitul D. Efectuarea unei măsurători Bell pentru qubiții A și B insepară qubiții A și B. De asemenea, este posibil să se insepare qubiții C și D, în ciuda faptului că acești doi qubiți nu interacționează niciodată direct unul cu celălalt. În urma acestui proces, inseparabilitatea dintre qubiții A și C și qubiții B și D se pierde. Această strategie poate fi utilizată pentru a defini topologia rețelei. [1][11][12]

Referințe

1. Perseguers, S.; Lewenstein, M.; Acín, A.; Cirac, J. I. (16 May 2010) [19 July 2009]. „Quantum random networks” [Quantum complex networks]. Nature Physics. 6 (7): 539–543. arXiv:0907.3283. Bibcode:2010NatPh…6..539P. doi:10.1038/nphys1665. S2CID 119181158.
2. Cuquet, Martí; Calsamiglia, John (2009). „Entanglement Percolation in Quantum Complex Networks”. Physical Review Letters. 103 (24) 240503. arXiv:0906.2977. Bibcode:2009PhRvL.103x0503C. doi:10.1103/physrevlett.103.240503. PMID 20366190. S2CID 19441960.
3. Nielsen, Michael A.; Chuang, Isaac L. (1 January 2004). Quantum Computation and Quantum Information. Cambridge University Press. ISBN 978-1-107-00217-3.
4. Takeda, Shuntaro; Mizuta, Takahiro; Fuwa, Maria; Loock, Peter van; Furusawa, Akira (14 August 2013). „Deterministic quantum teleportation of photonic quantum bits by a hybrid technique”. Nature. 500 (7462): 315–318. arXiv:1402.4895. Bibcode:2013Natur.500..315T. doi:10.1038/nature12366. PMID 23955230. S2CID 4344887.
5. Huang, Liang; Lai, Ying C. (2011). „Cascading dynamics in complex quantum networks”. Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science. 21 (2): 025107. Bibcode:2011Chaos..21b5107H. doi:10.1063/1.3598453. PMID 21721785.
6. Dorogovtsev, S.N.; Mendes, J.F.F. (2003). Evolution of Networks: From biological networks to the Internet and WWW. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-851590-6.
7. Boschi, D.; Branca, S.; De Martini, F.; Hardy, L.; Popescu, S. (1998). „Experimental Realization of Teleporting an Unknown Pure Quantum State via Dual Classical and Einstein-Podolsky-Rosen Channels”. Physical Review Letters. 80 (6): 1121–1125. arXiv:quant-ph/9710013. Bibcode:1998PhRvL..80.1121B. doi:10.1103/physrevlett.80.1121. S2CID 15020942.
8. Elliott, Chip; Colvin, Alexander; Pearson, David; Pikalo, Oleksiy; Schlafer, John; Yeh, Henry (May 2005). „Current status of the DARPA quantum network (Invited Paper)”. In Donkor, Eric J.; Pirich, Andrew R.; Brandt, Howard E. (eds.). Quantum Information and Computation III. Vol. 5815. SPIE. pp. 138–149. arXiv:quant-ph/0503058. doi:10.1117/12.606489.
9. Eisert, J.; Cramer, M.; Plenio, M. B. (February 2010). „Colloquium: Area laws for the entanglement entropy”. Reviews of Modern Physics. 82 (1): 277–306. arXiv:0808.3773. Bibcode:2010RvMP…82..277E. doi:10.1103/RevModPhys.82.277.
10. Chandra, Naresh; Ghosh, Rama (2013). Quantum Entanglement in Electron Optics: Generation, Characterization, and Applications. Springer Series on Atomic, Optical, and Plasma Physics. Vol. 67. Springer. p. 43. ISBN 978-3-642-24070-6.
11. Cuquet, M.; Calsamiglia, J. (10 December 2009) [6 June 2009]. „Entanglement percolation in quantum complex networks”. Physical Review Letters. 103 (24) 240503. arXiv:0906.2977. Bibcode:2009PhRvL.103x0503C. doi:10.1103/physrevlett.103.240503. PMID 20366190. S2CID 19441960.
12. Coecke, Bob (2003). The logic of entanglement (Report). Vol. RR-03-12. Department of Computer Science, University of Oxford. arXiv:quant-ph/0402014.

(Include texte traduse și adaptate din Wikipedia de Nicolae Sfetcu)