مسئله خلاقانه: قفل امنیتی فوتونی در بانک کوانتومی
در یک بانک فوقپیشرفته،
اطلاعات گاوصندوقها با استفاده از
«کلید فوتونی کوانتومی» محافظت میشود.
این سامانه از فوتونهای قطبیده استفاده میکند
تا هرگونه شنود یا سرقت اطلاعات را آشکار کند.
یک لیزر تکفوتونی،
فوتونهایی با طول موج زیر تولید میکند:
λ = 1550 nm
در هر ثانیه،
سامانه تعداد
5 × 109
فوتون ارسال میکند.
ثابتها:
h = 6.63 × 10-34 J.s
c = 3 × 108 m/s
سؤالات
1- فرکانس فوتونهای ارسالی را محاسبه کنید.
2- انرژی هر فوتون چقدر است؟
3- انرژی کل فوتونهای ارسالشده در یک ثانیه را محاسبه کنید.
4- چرا از طول موج
1550 nm
در ارتباطات فوتونی و فیبر نوری استفاده میشود؟
5- اگر یک جاسوس کوانتومی بخواهد فوتونها را اندازهگیری کند،
چرا سیستم میتواند حضور او را تشخیص دهد؟
پاسخ مسئله
1- محاسبه فرکانس
f = c / λ
λ = 1550 × 10-9 m
f = (3 × 108) / (1550 × 10-9)
f ≈ 1.94 × 1014 Hz
2- انرژی هر فوتون
E = hf
E = (6.63 × 10-34) (1.94 × 1014)
E ≈ 1.29 × 10-19 J
3- انرژی کل در یک ثانیه
N = 5 × 109
Etotal = NE
Etotal = (5 × 109) (1.29 × 10-19)
Etotal ≈ 6.45 × 10-10 J
4- دلیل استفاده از طول موج 1550 نانومتر
- کمترین تلفات در فیبر نوری
- انتقال اطلاعات در مسافتهای طولانی
- پراکندگی کمتر
- ایمنی بیشتر برای چشم انسان
- مناسب برای ارتباطات کوانتومی و اینترنت نوری
5- تشخیص جاسوس کوانتومی
در سامانههای رمزنگاری کوانتومی،
اندازهگیری فوتون باعث تغییر حالت کوانتومی آن میشود.
بنابراین اگر فردی فوتونها را شنود کند،
قطبش یا فاز فوتون تغییر میکند
و سیستم امنیتی فوراً وجود شنود را تشخیص میدهد.
این ویژگی بر پایه اصلهای:
- برهمنهی کوانتومی
- اصل اندازهگیری
- و عدم امکان کپی کامل حالت کوانتومی
عمل میکند.
در این وبلاگ به ریاضیات و کاربردهای آن و تحقیقات در آنها پرداخته می شود. مطالب در این وبلاگ ترجمه سطحی و اولیه است و کامل نیست.در صورتی سوال یا نظری در زمینه ریاضیات دارید مطرح نمایید .در صورت امکان به آن می پردازم. من دوست دارم برای یافتن پاسخ به سوالات و حل پروژه های علمی با دیگران همکاری نمایم.در صورتی که شما هم بامن هم عقیده هستید با من تماس بگیرید.