Những lợi thế thực sự của mã hóa siêu nặng là gì?

Trong mã hóa siêu nặng, hai qubit được Eve chuẩn bị trong trạng thái vướng víu; một trong số chúng được gửi cho Alice và cái còn lại được gửi cho Bob. Alice là người muốn gửi (cho Bob) hai mẩu thông tin cổ điển. Tùy thuộc vào cặp bit cổ điển nào Alice muốn gửi (tức là một trong , 01 , và ), Alice áp dụng một thao tác lượng tử nhất định hoặc cổng vào qubit của mình và gửi kết quả cho Bob, sau đó áp dụng các hoạt động khác để lấy "thông điệp cổ điển".$00$$01$$10$$11$

Dường như đối với tôi, mã hóa siêu mạnh cung cấp bất kỳ lợi thế nào so với các kỹ thuật giao tiếp cổ điển. Hai qubit (một được gửi cho Alice và một được gửi cho Bob bởi Eve) và các bit (hai được gửi cho Bob bởi Alice) được gửi, hai qubit (một được nhận bởi Alice và cái kia bởi Bob) và bit (hai được gửi bởi Alice đến Bob) được nhận. Hơn nữa, tôi đọc được rằng nếu ai đó có quyền truy cập vào qubit gửi cho Bob, thì giao tiếp dường như không được bảo mật (dù sao).

Những lợi thế thực sự của mã hóa siêu mạnh so với việc chỉ gửi hai bit thông tin từ Alice đến Bob là gì?

TL; DR: Mặc dù hai qubit phải được truyền tổng cộng, ngay lập tức khi hai bit được truyền thông, chỉ có một qubit phải được gửi. Thông tin được gửi đi bị che giấu, nhưng nó không thực sự an toàn.

Có hai giai đoạn riêng biệt cho một giao thức mã hóa siêu mạnh. Trong giai đoạn 1,

• Alice và Bob chuẩn bị một trạng thái Chuông . Đây là trạng thái hai qubit và Alice giữ một qubit và Bob còn lại.$(|00\rangle+|11\rangle)/\sqrt{2}$

• Alice và Bob đi đến những địa điểm xa xôi, mỗi nơi đều có quỹ đạo của họ. Chúng tôi cho rằng không có lỗi; trạng thái lượng tử không thay đổi theo thời gian.

Điều này đã xảy ra trước tất cả, rất lâu trước khi Alice biết cô muốn gửi tin nhắn gì cho Bob. Giai đoạn thứ hai xảy ra sau đó, khi Alice quyết định tin nhắn hai bit nào cô muốn gửi cho Bob.

• Tùy thuộc vào tin nhắn cô ấy muốn gửi (cô ấy có 4 tùy chọn có thể), Alice áp dụng hoặc Y trên qubit của cô ấy.$\mathbb{I},X, Z$$Y$

• Alice gửi qubit của mình cho Bob.

• Khi Bob nhận được qubit của Alice, anh ta mang hai qubit lại với nhau và đo trong cơ sở Bell. Mỗi trong bốn kết quả đo lường khác nhau có thể tương ứng với một trong 4 thông điệp mà Alice phải chọn.

Vì vậy, về tổng thể, bạn đúng rằng hai qubit phải được gửi. Tuy nhiên, một trong những qubit này có thể được cung cấp cho Bob trước, rất lâu trước khi liên lạc và trước khi nội dung của tin nhắn được quyết định. Do đó, ngay lập tức khi bạn muốn gửi hai bit thông tin (giai đoạn 2), bạn chỉ phải gửi một qubit (cái mà Alice có). Nó giống như nếu bạn biết bạn có rất nhiều thời hạn trong cùng một ngày. Bạn không được thực hiện từng công việc đó cho đến phút cuối cùng, ngay cả khi có một số điều chỉnh vào phút cuối mà bạn phải thực hiện trên mỗi công việc. Bạn làm việc trước mọi thứ để khi có thông tin vào phút cuối, bạn phải làm tối thiểu có thể.

Đây là ý tưởng đằng sau mã hóa siêu lớn và nó minh họa một trong những nguyên tắc của thông tin lượng tử: bạn có thể cung cấp một số tài nguyên vào thời điểm sớm hơn, độc lập với những gì sẽ được thực hiện sau đó và tài nguyên đó có thể được tiêu thụ để đạt được kết quả hiệu quả hơn ngay lập tức

$\mathbb{I}/2$

Nếu đó là trường hợp Alice chuẩn bị cả hai qubit và gửi chúng cho Bob (chỉ vào những thời điểm khác nhau), để một kẻ nghe trộm cũng có thể chặn được qubit đầu tiên, thì giao thức hoàn toàn không an toàn vì kẻ nghe trộm có thể thay thế Bob. Không có xác thực của người nhận.

"Chuẩn bị một trạng thái lượng tử" nghĩa là gì?

$d$$d$

Trong thực tế, điều này được thực hiện như thế nào? Trước tiên, bạn đo hệ thống lượng tử của mình để tìm hiểu trạng thái của nó và thực hiện một hoạt động đơn nhất để chuyển đổi nó từ trạng thái thành trạng thái mà bạn muốn.

Mã hóa siêu mạnh có thể được sử dụng để làm dịu việc sử dụng mạng bằng cách " lưu trữ băng thông ". Trong thời gian sử dụng thấp, tăng lưu lượng truy cập với một nửa EPR. Trong quá trình sử dụng cao, đốt cháy một nửa EPR để tăng gấp đôi công suất khả dụng.

Mã hóa siêu cứng có thể biến kênh lượng tử hai chiều với băng thông B (theo cả hai hướng) thành kênh cổ điển một chiều có băng thông 2B . Chỉ cần sử dụng hướng ngược lại để gửi một nửa EPR, sau đó bạn sử dụng để thúc đẩy mã hóa siêu nặng theo hướng chuyển tiếp.

Mã hóa siêu cứng có thể chuyển đổi băng thông có độ trễ cao thành băng thông có độ trễ thấp. Ví dụ: nếu bạn có hai kênh lượng tử có băng thông B nhưng một trong số chúng có độ trễ là 1 giây thay vì 10 mili giây, bạn có thể phân phối một nửa EPR qua kênh có độ trễ cao và sử dụng chúng để cung cấp dữ liệu thực tế được mã hóa siêu lớn kênh độ trễ thấp. (Hình ảnh một chiếc xe tải xuất hiện với một nửa hộp EPR, để internet của bạn chạy nhanh hơn.)

Hãy cẩn thận: tất cả những điều này cho rằng một kênh lượng tử đắt hơn hai lần so với kênh cổ điển, điều này có thể không bao giờ đúng về mặt tài chính.