Эксπир
Регистрация / Вход

Новые физические принципы распределенной обработки информации в квантовых каналах и квантовых сетях

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.514.11.4070
Организация
ВлГУ
Руководитель работ
Аракелян Сергей Мартиросович
Продолжительность работ
2007 - 2008, 14 мес.
Бюджетные средства
1,5 млн
Внебюджетные средства
1,75 млн

Информация отсутствует

Этапы проекта

1
03.08.2007 - 31.10.2007
В ходе выполнения работ, на этапе отладки и тестирования программного обеспечения, был проведен ряд экспериментов. Суть этих экспериментов заключалась в апробации предлагаемых подходов организации быстро меняющейся беспроводной сети в лабораторных условиях, на специально разработанном макете. В задачи экспериментов входило:
1. Демонстрация технической возможности реализации предлагаемых идей с помощью существующих программно-аппаратных средств
2. Тестирование алгоритмов маршрутизации, в частности алгоритма по расширенным таблицам.
3. Тестирование алгоритмов взаимодействия между сетями, использующими различные стандарты беспроводной связи.
Непосредственная цель экспериментов – для сравнительно небольшой сети (до 10 устройств) показать работоспособность алгоритма, обеспечивающего надежное доведение пакетов до адресата и не использующего для этого лавинную рассылку. Топология сети при этом может меняться (включение/выключение узлов или каналов), с условием сохранения хотя бы одного возможного пути доставки (связности).
Также был произведен эксперимент по определению возможной точности изменрений величин T0 и T1 для вероятностного алгоритма маршрутизации. Для вероятностного алгоритма маршрутизации важными параметрами связей между узлами, на основе которых выполняется маршрутизация, являются величины T0 (средняя длительность отказа связи) и T1 (средняя длительность бесперебойной работы связи). Однако эти величины априорно неизвестны и могут быть получены путём наблюдения отказов связи в работающей сети. Величины T0 и T1 несложно вычислить по статистике отказов линий связей в том случае, если мы можем непрерывно вести наблюдение за состоянием сети и сразу же обнаруживать переключения состояний связей. Однако это не всегда возможно.
Примером ситуации, когда непосредственное наблюдение состояния связей затруднено, является сеть, построенная с использованием технологии беспроводной передачи данных Bluetooth. В данной сети единственным способом определения непосредственной доступности узла, что эквивалентно включенному состоянию связи с этим узлом, является сканирование окрестности текущего узла на предмет обнаружения в ней заданного узла. Однако процесс сканирования имеет значительную длительность (10-30 секунд в зависимости от параметров конкретного оборудования). Поэтому возможно необнаружение кратковременных (менее времени сканирования) переключений связей с последующим возвратом в исходное состояние, а также недооценка времени отключенного состояния и переоценка времени включенного состояния, вследствие того, что при сканировании узел зачастую обнаруживается даже тогда, когда реально он был доступен лишь часть времени сканирования. В этой ситуации возникает вопрос, с какой точностью можно измерить T0 и T1 в сети, использующей беспроводную передачу данных по технологии Bluetooth.
Развернуть
2
01.11.2007 - 31.12.2007
• Разработаны физические принципы проектирования оптических устройств для комплексных процедур кодирования, обработки и считывания квантовой информации - квантового процессора – на основе атомных ячеек.
• Разработаны алгоритмы обработки квантовой информации на основе кодирования и управления временными задержками однофотонных импульсов света, распространяющихся в режиме многолучевого кросс-взаимодействия в атомных средах с инверсной населенностью.
• Проведены патентные исследования.
Развернуть
3
01.01.2008 - 30.06.2008
В рамках работы над проектом был проведен комплекс исследований с использованием известных подходов нелинейной атомной оптики, физики твердых тел, квантовой информатики. В частности, в работе проведены исследований нелинейных процессов распространения импульсов света в когерентных каналах - оптических волокнах, допированных атомами редкоземельных элементов. Конкуренция между линейными и нелинейными процессами при осуществлении -схемы взаимодействия в такой системе позволяет получать новые режимы распространения световых импульсов в ней, а изменение параметров световых импульсов на входе (интенсивность накачки и частота отстройки пробного импульса от резонанса) дают возможность эффективного управления оптическими свойствами такой системы в широких пределах и представляет собой новый метод эффективной оптической передачи информации в когерентных каналах.
Также рассмотрена квантовая модель распределенной по длине допированного волокна обработки квантовой информации на основе управления перепутыванием поляризационных состояний однофотонных импульсов света при их резонансных взаимодействиях в допированной среде. На основе этого изучена динамика параметра надежности при реализации совмещенной обработки/передачи квантовой информации в квантовых сетях в зависимости от типа реализуемого квантового преобразования.
Полученные результаты прошли экспериментальную апробацию с использованием разработанной коллегами из Института физики полупроводников СО РАН, г.Новосибирск оптической схемы квантовой линии связи на основе перспективного для повышения скорости передачи данных поляризационного метода кодирования фотонов. Техническое решение можно легко адаптировать к большим скоростям формирования квантового ключа (до нескольких мегабит в секунду) и для построения автономного коммуникационного оборудования, обеспечивающего как формирование ключа, так и передачу зашифрованных данных с его использованием посредством квантовых каналов связи.
Развернуть
4
01.07.2008 - 31.10.2008
В результате проведенного патентного поиска установлено, что существующие методы и устройства комплексной обработки квантовой информации удовлетворяют требованиям масштабности, устойчивости и помехозащищенности при обработке/передаче информации лишь частично. В частности, существующие оптоволоконные каналы связи отличаются высоким уровнем оптических потерь, а реализованные устройства обработки квантовой информации характеризуются невозможностью масштабирования от отдельных квантовых логических элементов до полноценного квантового процессора, способного осуществлять обработку многокубитного регистра. В ходе выполнения данной НИР был развит альтернативный подход к проблеме создания квантового информационного пространства на основе распределенной обработки квантовой информации. Основной идеей при этом является использование допированных атомами редкоземельных элементов оптических сред, которые удачным образом совмещают принципы надежной передачи (квантовые каналы) и обработки (квантовый процессор) квантовой информации. При этом процесс обработки/передачи квантовой информации возможен с использованием многолучевой электромагнитной индуцированной прозрачности в данных средах, когда становится возможным наблюдать сильные кросс-взаимодействия между отдельными фотонами в режиме отсутствия оптических потерь. В ходе проведения патентных исследований была обеспечена патентная чистота результатов НИР. Охранных и иных документов, которые могли бы препятствовать применению результатов НИР в Российской Федерации не выявлено.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

1.4 Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела по перспективным технологиям в области информационно-телекоммуникационных систем
Продолжительность работ
2005, 2 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Организация
ФТИАН РАН
профинансировано
Тема
Разработка логических элементов и элементов памяти для квантовых вычислений, систем хранения и обработки квантовой информации.
Продолжительность работ
2012 - 2013, 17 мес.
Бюджетные средства
12 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка методов создания оптических наноматериалов с квантовыми точками и способов обработки информации на их основе с участием научных организаций Армении.
Продолжительность работ
2009 - 2010, 12 мес.
Бюджетные средства
4 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка алгоритмов по обработке квантового ключа
Продолжительность работ
2015 - 2016, 14 мес.
Бюджетные средства
25 млн
Количество заявок
2
Тема
Исследование перспективных конструкций и технологических принципов формирования оптоэлектронных и квантовых структур и приборов нового поколения (кремниевый ИК-фотоприемник с обработкой сигнала в ячейках матрицы).
Продолжительность работ
2014 - 2015, 20 мес.
Бюджетные средства
19,06 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка устройства сопряжения существующих линий связи с системами квантового распределения ключа
Продолжительность работ
2015 - 2016, 14 мес.
Бюджетные средства
15 млн
Количество заявок
2