Квантовые коммуникации и передача информации через запутанность для 7-9 классов

О.С. Басаргин. 2025 год.

Введение

Квантовая механика позволяет передавать информацию по-новому – с помощью квантовой запутанности. В этой статье разберём принципы квантовой связи и её отличие от классических методов.

1. Что такое квантовая запутанность?

Два кубита могут быть связаны так, что изменение одного мгновенно влияет на другой, даже если они находятся на большом расстоянии. Это явление лежит в основе квантовой телепортации и защищённой передачи данных.

2.   Классическая передача информации vs квантовая

•       Классическая передача требует отправки сигнала (радиоволны, оптическое волокно).

•       Квантовая передача использует запутанные кубиты, передавая состояние без физического перемещения частиц.

3.   Квантовая телепортация

Этот метод позволяет передавать квантовое состояние с одного кубита на другой без физического копирования.

Как это работает?

1.     Два запутанных кубита передаются разным участникам (например, Алисе и Бобу).

2.     Алиса измеряет свой кубит и отправляет классический сигнал Бобу.

3.     Боб, получив сигнал, выполняет квантовую операцию и получает исходное состояние.

4.   Пример кода для квантовой телепортации

from qiskit import QuantumCircuit, Aer, execute

# Создаём квантовую схему с 3 кубитами

qc = QuantumCircuit(3, 3)

# Запутываем кубиты

1

qc.h(1)

qc.cx(1, 2)

# Телепортируем состояние qc.cx(0, 1) qc.h(0)

qc.measure([0, 1], [0, 1])

# Коррекция у Боба

qc.cx(1, 2) qc.cz(0, 2)

qc.measure(2, 2)

# Запускаем симуляцию

simulator = Aer.get_backend('aer_simulator') job = execute(qc, simulator) result = job.result() print(result.get_counts())

5.   Связь с Сфиральной моделью

•       Запутанность можно представить как связь между витками сфирали.

•       Телепортация в сфиральных координатах – это передача информации по замкнутым петлям.

6. Итоги и задания •      Запустите код и объясните, почему измерение одного кубита влияет на другой.

•     Как можно использовать сфиральную модель для улучшения квантовых коммуникаций?

Следующая тема: квантовая криптография и защищённые каналы связи.

2