bacsárdi lászló [email protected] 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

[email protected]

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)


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”



• „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)



„A dongó fizikailag nem lenne képes repülni.

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

(Mary Kay Ash)


Az űrkoszak kezdetei

Szptunyik-11957. október 4.

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

Gagarin repülése1961. április 12.

John Glenn repülése1962. február 20.


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)


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


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


Űrtávközlés

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


Űrszemét


Jövő a jelen pillanatban

• Űrszemét

• A világűr semlegessége

• Visszatérés a jövőbe (Holdra)

• Emberes űrutazások

• Alkalmazások


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)


A bit és a…

• Bit: binary digit (Shannon, 1948)


Moore-törvény

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

• Az információfeldolgozó egységek kapacitáshatárait a fizika törvényei határozzák meg


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


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


Kvantum-áramkör

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

• Egy algoritmus általános felépítése:


Miért is jó ez nekünk?

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


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.


Kvantumtitkosítás

152.000 év

1 sec


Kvantumtitkosítás

15=53

• Ahogy ma feltörünk:


Keresés adatbázisban

• Ahogy ma keresünk:


Hazatelefonálhat-e ET?



• Kvantum teleportáció


Kvantumteleportáció

11100100 3210

1100 30

• Összefonódott pár


Kvantumteleportáció

• A mérnöki elrendezés


Telefonáljunk!



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


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


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


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


Köszönöm a figyelmet!

http://bacsi.impulzus.come-mail: [email protected]

bacsárdi lászló [email protected] sopron, 2007. november 23

Documents