Об атмосферной реализации квантового алгоритма сверхплотного кодирования
DOI:
https://doi.org/10.33910/2687-153X-2022-3-4-186-201Ключевые слова:
квантовый канал, плотное кодирование, перепутанность, атмосфера, модельАннотация
Рассмотрены свойства квантового канала связи в свободном пространстве на примере алгоритма сверхплотного кодирования. Изучена теоретическая модель установки, реализующей данный алгоритм, и выявлены основные факторы, влияющие на качество модели. Это коэффициент пропускания атмосферы, эффективность детекторов и среднее значение числа шумовых отсчетов, вызванных фоновым излучением и темновыми отсчетами. Проведен полный расчет модели установки с получением результатов в явном виде. Эти результаты были проанализированы с использованием реалистичных параметров детекторов и атмосферы. Установлено, что наибольшее влияние на результаты оказывают нестабильность атмосферной турбулентности, эффективность детекторов и среднее значение шумовых отсчетов.
Библиографические ссылки
Adam, I. A., Yashin, D. A., Kargina, D. A., Nasedkina, B. A. (2022) Comparison of Gaussian and vortex beams in free-space QKD with phase encoding in turbulent atmosphere. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics, 13 (4), 392–403. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2022-13-4-392-403 (In English)
Bennett, C. H., Wiesner, S. J. (1992) Communication via one- and two-particle operators on Einstein-Podolsky- Rosen states. Physical Review Letters, 69 (20), article 2881. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.69.2881 (In English)
Bohmann, M., Semenov, A. A., Sperling, J., Vogel, W. (2016) Gaussian entanglement in the turbulent atmosphere. Physical Review A, 94 (1), article 010302(R). https://doi.org/10.1103/PhysRevA.94.010302 (In English)
Dong, R., Lassen, M. O., Heersink, J. et al. (2008) Experimental entanglement distillation of mesoscopic quantum states. Nature Physics, 4 (12), 919–923. https://doi.org/10.1038/nphys1112 (In English)
Elser, D., Bartley, T., Heim, B. et al. (2009) Feasibility of free space quantum key distribution with coherent polarization states. New Journal of Physics, 11, article 045014. https://doi.org/10.1088/1367-2630/11/4/045014 (In English)
Faleeva, M. P., Popov, I. Y. (2020a) Entanglement transmission through turbulent atmosphere for modes of Gaussian beam. Quantum Information Processing, 19 (2), article 72. https://doi.org/10.1007/s11128-019-2569-y (In English)
Faleeva, M. P., Popov, I. Y. (2020b) On quantum bit coding by Gaussian beam modes for the quantum key distribution. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics, 11 (6), 651–658. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2020-11-6-651-658 (In English)
Faleeva, M. P., Popov, I. Y. (2022) Singular numbers, entangled qubits transmission through a turbulent atmosphere and teleportation. Indian Journal of Physics, 96 (8), 2501–2505. https://doi.org/10.1007/s12648-021-02143-9 (In English)
Fedrizzi, A., Ursin, R., Herbst, T. et al. (2009) High-fidelity transmission of entanglement over a high-loss free-space channel. Nature Physics, 5, 389–392. https://doi.org/10.1038/nphys1255 (In English)
Gilev, P. A., Popov, I. Y. (2019) Quantum image transmission based on linear elements. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics, 10 (4), 410–414. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2019-10-4-410-414 (In English)
Gumberidze, M. O., Semenov, A. A., Vasylyev, D., Vogel, W. (2016) Bell nonlocality in the turbulent atmosphere. Physical Review A, 94 (5), article 053801. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.94.053801 (In English)
Heersink, J., Marquardt, Ch., Dong, R. et al. (2006) Distillation of squeezing from non-gaussian quantum states. Physical Review Letters, 96 (25), article 253601. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.96.253601 (In English)
Herbst, T., Scheidl, T., Fink, M. et al. (2015) Teleportation of entanglement over 143 km. Proceedings of National Academy of Sciences, 112 (46), 14202–14205. https://doi.org/10.1073/pnas.1517007112 (In English)
Ishimaru, A. (1978) Wave propagation and scattering in random media. Vol. 1. New York: Academic Press, 339 p. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-374701-3.X5001-7 (In English)
Mandel, L., Wolf, E. (1995) Optical coherence and quantum optics. Cambridge: Cambridge University Press, 1192 p. (In English)
Mattle, K., Weinfurter, H., Kwiat, P. G. et al. (1996) Dense coding in experimental quantum communication. Physical Review Letters, 76 (25), article 4656. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.76.4656 (In English)
Nielsen, M. A., Chuang, I. L. (2010) Quantum computation and quantum information. Cambridge: Cambridge University Press, 670 p. (In English)
Peters, N., Altepeter, J., Jeffrey, E. et al. (2003) Precise creation, characterization, and manipulation of single optical qubits. Quantum Information Computation, 3, 503–518. https://doi.org/10.48550/arXiv.quant-ph/0502177 (In English)
Schleich, W. P. (2001) Quantum optics in phase space. Berlin: WILEY-VCH Verlag, 695 p. https://doi.org/10.1002/3527602976 (In English)
Semenov, A. A., Turchin, A. V., Gomonay, H. V. (2008) Detection of quantum light in the presence of noise. Physical Review A, 78 (5), article 055803. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.78.055803 (In English)
Semenov, A. A., Turchin, A. V., Gomonay, H. V. (2009) Erratum: Detection of quantum light in the presence of noise [Phys. Rev. A 78, 055803 (2008)]. Physical Review A, 79 (1), article 019902. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.79.019902 (In English)
Semenov, A. A., Vogel, W. (2009) Quantum light in the turbulent atmosphere. Physical Review A, 80 (2), article 021802(R). https://doi.org/10.1103/PhysRevA.80.021802 (In English)
Semenov, A. A., Vogel, W. (2010) Entanglement transfer through the turbulent atmosphere. Physical Review A, 81 (2), article 023835. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.81.023835 (In English)
Soderholm, J., Bjork, G., Klimov, A. B., Sanchez-Soto, L. L., Leuchs, G. (2012) Quantum polarization characterization and tomography. New Journal of Physics, 14 (11), article 115014. https://doi.org/10.1088/1367-2630/14/11/115014 (In English)
Tatarskii, V. I. (1971) Effect of the turbulent atmosphere on wave propagation. Jerusalem: Israel Program for Scientific Translations Publ., 488 p. (In English)
Ursin, R., Tiefenbacher, F., Schmitt-Manderbach, T. et al. (2007) Entanglement-based quantum communication over 144 km. Nature Physics, 3 (7), 481–486. https://doi.org/10.1038/nphys629 (In English)
Vasylyev, D., Semenov, A. A., Vogel, W. (2016) Atmospheric quantum channels with weak and strong turbulence. Physical Review Letters, 117 (9), article 090501. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.117.090501 (In English)
Williams, B., Sadlier, R., Humble, T. (2018) Superdense coding for quantum networking environments. Proceedings. Vol. 10547. Advances in Photonics of Quantum Computing, Memory, and Communication XI. San Francisco: SPIE OPTO Publ., article 105470B. https://doi.org/10.1117/12.2295016 (In English)
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2022 Александрович Тимченко Богдан, Мария Петровна Фалеева, Павел Андреевич Гилев, Ирина Владимировна Блинова, Игорь Юрьевич Попов
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
Автор предоставляет материалы на условиях публичной оферты и лицензии CC BY-NC 4.0. Эта лицензия позволяет неограниченному кругу лиц копировать и распространять материал на любом носителе и в любом формате, но с обязательным указанием авторства и только в некоммерческих целях. После публикации все статьи находятся в открытом доступе.
Авторы сохраняют авторские права на статью и могут использовать материалы опубликованной статьи при подготовке других публикаций, а также пользоваться печатными или электронными копиями статьи в научных, образовательных и иных целях. Право на номер журнала как составное произведение принадлежит издателю.
