مناقشة رسالة طالبة الماجستير وجدان محمود خضير/ ليزر هندسة الكترونيك واتصالات

نوقشت رسالة طالبة الماجستير وجدان محمود خضير/ ليزر هندسة الكترونيك واتصالات عن رسالتها الموسومة

Quantum Repeater Based on Multiplexed Single Photon Source

المكررات الكمية المعتمدة على مصدر الفوتون المنفرد متعدد الارسال

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

حيث تألفت لجنة المناقشة من السادة المدرجة اسمائهم ادناه:

1- أ.م.د.حسين علي جواد / معهد الليزر للدراسات العليا/ جامعة بغداد/رئيساً

2- أ.م.د. محمد عبد الرضا حسين/ فيزياء نظرية / الجامعة التكنولوجية/ عضواً

3-أ.م.د. شيلان خسرو توفيق /معهد الليزر للدراسات العليا/ عضواً

4- م.د. جواد عبد الكاظم حسن/ معهد الليزر للدراسات العليا/ مشرفاً

 

 

 

 

 

 

 

 

إن نقل أي معلومات كمية عبر مسافات طويلة مع أخطاء أقل هو الهدف الرئيسي لنظم الاتصالات الكمية. ولكن  للأسف ،نقل المعلومات الكمية مباشرة بين أي نقطتين بعيدتين  موصولين بالألياف الضوئية محدود بسبب مشاكل فقدان الفوتون بسبب الانخفاض الأسي لانتقال الضوء عبر طول الألياف البصرية. لذا ، يقتصر الاتصال الكمي على مسافات قصيرة حيث يمكن الحصول على فك الترابط Decoherence أثناء النقل بسبب فقدان الفوتون. لذلك ، للتغلب على هذه المشكلة ، تم اقتراح المكرر الكمي من قبل Briegel [12]. يمكن استخدام مكرر الكمي لتخفيف الانخفاض الهائل في معدل الاتصال وتمديد مسافة الاتصالات الكميّة بين المرسل والمستقبل. والفكرة الرئيسية لتطبيق المكرر الكمي هي تقسيم المسافة المطلوبة لنقل المعلومات الكمومية كبت كمي Quantum bit (Qubit)، إلى مقاطع صغيرة تُعرف بالوصلات الأولية أو العقد Nodes.

الهدف الرئيسي من تنفيذ مكرر الكم هو توزيع الفوتونات المتشابكة Entangled photons بين المرسل والمستقبل.  على كل حال , يتطلب تأسيس الاتصال الكمي لمسافات طويلة إنشاء زوج بعيد من البتات الكمية المتشابكة (على سبيل المثال الفوتونات المنبعثة من مصدر ليزر) بين أليس وبوب , وهي الخطوة الأولى نحو إرسال معلومات او رسالة أكثر أمانًا. تحتوي كل عقدة في مكرر الكم على اثنين من الذاكرات الكمية لتخزين الفوتونات المتشابكة ، ومصدرين للفوتونات المتشابكة لتكوين فوتونات يمكن أن تشتبك الفوتون المخزن في الذاكرات الكمية ويتم إجراء قياس حالة   Bell state Measurement BSMبين كل عقدتين لتوزيع التشابك عبر المسافة الكلية  للقناة.

الأجزاء الأكثر أهمية في مكرر الكم هي الذاكرة الكمية  مصدر الفوتون المتشابك. في حالة الذاكرة الكمية ، يتم استخدام الذاكرة الكمية متعددة الوسائط المتعددة Multiplexed multimode quantum memories [19]. العامل المؤثر في الذاكرة الكمية هو عمرها Lifetime. توضح حساباتنا أن الذاكرة الكمية  المنخفضة العمر low lifetime أكثر أهمية في معدل توزيع التشابك الإجمالي مقارنة بالذاكرة الكمية الطويلة العمر long lifetime.

هناك العديد من المخططات المقترحة لتنفيذ مكرر الكم باستخدام العديد من الأفكار المختلفة. واقترح أحدهم بروتوكول مكرر الكم على أساس مصادر الفوتون الزوج Pair photon source PPS [20]. ولكن ، مصدر الفوتون المزدوج يعاني من أخطاء ( مشاكل ) بسبب احتمال فقدان فوتون واحد من الأزواج أثناء إرساله عبر الألياف الضوئية أو فشل الكاشف ، وبالتالي تؤثر هذه الأخطاء على معدل توزيع التشابك وتقليله Entanglement distribution rate.

          هنا, تم اقتراح مخطط مكرر كمي يعتمد على مصدر فوتون ثنائي الإرسالPPS  Multiplexed، وتظهر النتائج تحسنًا طفيفًا في معدل توزيع التشابك مقارنة بمخطط مكرر الكم المعتمد على مصدر الفوتون الزوجي PPS.

على الجانب الآخر، فإن مصادر الفوتون المنفردة Single photon source SPS لها أخطاء آلية منخفضة لذلك تم اقتراحه هنا لتنفيذ مخطط مكرر الكم الجديد، الذي يجعل من الممكن القضاء على الأخطاء المتأصلة في بروتوكولات المكرر الكمي باستخدام مصدر الفوتون المزدوج PPS. تظهر حساباتنا تحسنًا في معدل توزيع التشابك.

ولمزيد من التحسينات في معدل توزيع التشابك عبر الاتصالات الكَمِّيَّة لمسافات طويلة ، يُقترح هنا أيضًا بنية فعالة لمكررات الكَمّ تعتمد على تعدد مصادر الفوتون الواحد المتعدد Multiplexed SPS، لتضمين عدد فوتوني عشوائي للذكريات الكمومية البعيدة. حيث توضح الحساب مع استخدام مصدر الفوتون المفرد المتعدد التحسن في معدل توزيع التشابك بأكمله. في هذا العمل ، أجريت دراسة محاكاة باستخدام برنامج محاكاة Python 3.6.