bacsárdi lászló bacsardi@hit.bme.hu sopron, 2007. november 23

Kvantuminformatika használata az űrtávközlésben, avagyhazatelefonálhat-e E.T. a fénysebességnél gyorsabban?

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi EgyetemVillamosmérnöki és Informatikai KarHíradástechnikai Tanszék

Bacsárdi László

bacsardi@hit.bme.hu

Sopron, 2007. november 23.

Bacsárdi László, 2007. november 23. 2

Tartalom

• A dongó(az űrkorszak 50. évfordulója kapcsán)

• az alma (mi is az a kvantuminformatika)• és a telefonáló E.T. (kvantumkommunikáció az űrtávközlésben)

Bacsárdi László, 2007. november 23. 3

Gondolatok az űrkorszakról

• „Képtelenség a Holdra lőni, mert a leghevesebb robbanóanyag sem tud akkorát lőni, hogy eljusson a Holdra”

• „Az űrkutatás merő humbug”

• „Erkölcsi jogunk csak akkor lesz a világűrbe menni, ha megállítottuk az éhezést s a Földön lévő bajokat”

Bacsárdi László, 2007. november 23. 4

Gondolatok az űrkorszakról

• „Eljön az idő, amikor olyan szerkezetet építünk, amellyel madarak módjára repülünk keresztül az égbolton, miközben nyugodtan olvashatunk.”(Roger Bacon)

• „A Föld az emberiség bölcsője, de nem maradhatunk örökké bölcsőben”(K. E. Ciolkovszkij)

Bacsárdi László, 2007. november 23. 5

Gondolatok az űrkorszakról

„A dongó fizikailag nem lenne képes repülni.

De a dongó ezzel nincs tisztában, úgyhogy továbbra is repül.”

(Mary Kay Ash)

Bacsárdi László, 2007. november 23. 6

Az űrkoszak kezdetei

Szptunyik-11957. október 4.

Lajka kutya (Szputnyik-2)1957. november 3.

Gagarin repülése1961. április 12.

John Glenn repülése1962. február 20.

Bacsárdi László, 2007. november 23. 7

Bacsárdi László, 2007. november 23. 8

Az űrkoszak kezdetei

Explorer-1 (1958.02.01.)

Pioneer-1 (1958.10.11.)

Vanquard-1 (1958.03.01.)

SCORE (1958.12.18.)

Telstar-1 (1962.07.10)

Intelsat-1A (196504.06)

Bacsárdi László, 2007. november 23. 9

Magyar részvétel

1946.: Bay Zoltán-féle holdradar-kísérlet

1968. aug 20-21.: amerikai műholdon sikeres műholdátviteli kísérlet

1974.: Interkozmosz-12: fedélzeti elektronika fejlesztése

1980.: Farkas Bertalan űrrepülése (Magyari Béla tartalékűrhajós)

2007.: Charles Simonyi űrutazása

Bacsárdi László, 2007. november 23. 10

Űrtávközlés

• Űrhírközlés: a hírközlés része az űrrendszer (részben vagy teljes egészében)

• Űrrendszer: űreszköz + a teljes apparátus• aktív és passzív rendszerek• Pálya alapján: LEO, MEO geoszinkron

Bacsárdi László, 2007. november 23. 11

Űrtávközlés

• Szolgáltatás– Pont-pont– Területi elosztó– Globális hírközlés– Műsorszóró rendszerek

Bacsárdi László, 2007. november 23. 12

Űrszemét

Bacsárdi László, 2007. november 23. 13

Jövő a jelen pillanatban

• Űrszemét

• A világűr semlegessége

• Visszatérés a jövőbe (Holdra)

• Emberes űrutazások

• Alkalmazások

Bacsárdi László, 2007. november 23. 14

Mi az a kvantuminformatika?

“Egy misztikum.A misztikum.

Nem értjük, hogy miért működik, de meg tudjuk mondani, hogyan működik.”

(Richard Feynman)

„A kvantummechanika segítségével olyan dolgokat tehetünk, amelyeket korábban lehetetlennek gondoltak”

(Sam Braunstein)

Bacsárdi László, 2007. november 23. 15

A bit és a…

• Bit: binary digit (Shannon, 1948)

Bacsárdi László, 2007. november 23. 16

Moore-törvény

• Az információt fizikai eszközökben tároljuk, és fizikai folyamatokkal férünk hozzá

• Az információfeldolgozó egységek kapacitáshatárait a fizika törvényei határozzák meg

Bacsárdi László, 2007. november 23. 17

a Q-bit

φ = a |0> + b |1>a, b Є C és |a|2+|b|2 = 1

• Q-bit

• Előállítása:– Foton– Elektron spinje

• Összekapcsolva:N = 500

Bacsárdi László, 2007. november 23. 18

Posztulátumok

• 1. Állapotleírás• 2. Az időbeli fejlődés unitér transzformáció• 3. A mérési operátoroknak teljesíteniük kell a

teljességi feltételt

• 4. A két rendszerből álló összetett rendszerhez a komponens rendszerek Hilbert-tereinek tenzor szorzata rendelhető

†x x

x

M M I

2121, HHHH

Bacsárdi László, 2007. november 23. 19

Kvantum-áramkör

• A kvantum-áramkör a kvantum algoritmusok leggyakoribb megadási módja.

• Egy algoritmus általános felépítése:

Bacsárdi László, 2007. november 23. 20

Miért is jó ez nekünk?

• Kvantum teleportáció• Kvantum párhuzamosság• Kvantum kulcsszétosztás• Matematikai problémák gyors megoldása• Nincs másolás

Bacsárdi László, 2007. november 23. 21

Kvantumtitkosítás

• Nyílt kulcsú titkosítás– kulcsok előállítása: két nagy prímszám szorzatát

felhasználva– feltörés: a törzstényezők meghatározása

• A mai napig nem sikerült bebizonyítani, hogy nincs hatékony algoritmus a titkosítás feltörésére.

• A mai napig nem sikerült a feltörésére alkalmas klasszikus algoritmust találni.

Bacsárdi László, 2007. november 23. 22

Kvantumtitkosítás

152.000 év

1 sec

Bacsárdi László, 2007. november 23. 23

Kvantumtitkosítás

15=53

• Ahogy ma feltörünk:

Bacsárdi László, 2007. november 23. 24

Keresés adatbázisban

• Ahogy ma keresünk:

Bacsárdi László, 2007. november 23. 25

Hazatelefonálhat-e ET?

Bacsárdi László, 2007. november 23. 26

Hazatelefonálhat-e ET?

• Kvantum teleportáció

Bacsárdi László, 2007. november 23. 27

Kvantumteleportáció

11100100 3210

1100 30

• Összefonódott pár

Bacsárdi László, 2007. november 23. 28

Kvantumteleportáció

• A mérnöki elrendezés

Bacsárdi László, 2007. november 23. 29

Telefonáljunk!

Bacsárdi László, 2007. november 23. 30

Hazatelefonálhat-e ET?

E.T.

A kis herceg

Összefonódott pár

Hatalmas távolság

Igen, hazatelefonálhat, de nem a fénysebességnél gyorsabban

Bip-bip-bip

HELLO

Nanu-nanu

Bip-bip-bipHELLO

Nanu-nanu

Bacsárdi László, 2007. november 23. 31

Kapcsolat az űrtávközléssel

• Lehetővé teszi• nagyobb sávszélesség elérését (effektív

sávszélesség), amelyre az új nagy információkapacitású rendszereknek szüksége van

• a műholdas műsorszórás minőségének növelését• különböző biztonsági problémák hatékony

megoldását (pl. kriptográfia)• A kommunikációt négy módon segítheti

Bacsárdi László, 2007. november 23. 32

Kapcsolat az űrtávközléssel

• Nyílt légköri kommunikáció• száz kilométeres nagyságrend• Föld görbülete is számít

• Alacsonypályás műholdas kommunikáció• néhány száz km magasságban keringő műholdak, kódolás

• Műholdas műsorszórás• 36.000 km magasan keringő műholdak• 27 MHz-es jelet használunk• a kódolásban (QPSK) egy szimbólum két bitet kódol - 55 Mbs• napjainkban egy tévécsatorna 2-5 Mbs között van > 5-6 fér el

• Műhold-műhold kommunikáció

Bacsárdi László, 2007. november 23. 33

Összegzés

• A dongó igenis tud repülni• A világ sokkal furcsább mint hinnénk.• A kvantumszámítógép még a jövő eszköze, de

kvantuminformatikai elveken alapuló eszközök már kereskedelmi forgalomban vannak

• Hasznára válhat az űrtávközlésnek is

Bacsárdi László, 2007. november 23. 34

Köszönöm a figyelmet!

http://bacsi.impulzus.come-mail: bacsardi@hit.bme.hu