Voprosy_k_zachetu_red

1. Интерференция света.

Интерференция - это перераспределение светового излучения в пространстве в результате наложения двух или более световых волн друг на друга. Дифракция - это некая совокупность явлений, наблюдающихся при распространении света в среде с резкими неоднородностями, проще - огибание препятствий световыми волнами.

2. Опыт с интерференцией света на двух щелях.

Опыт Юнга (эксперимент на двух щелях, также известный как двухщелевой интерферометр Юнга) — первый вариант двухщелевого опыта, проведённого Томасом Юнгом, который демонстрирует интерференцию и дифракцию света, что является доказательством справедливости волновой теории света.

3. Интерферометр Маха-Цендера. Почему в равноплечем интерферометре Маха-Цендера в одном выходе получается конструктивная интерференция, в другом – деструктивная?

4. Поляризация света. Виды поляризаций света.

Поляризация света — свойство света, в результате которого векторы напряженности электрического и магнитного полей световой волны ориентируются в плоскости, параллельной плоскости, в которой свет распространяется. Различают линейную, эллиптическую и круговую поляризацию.

5. Эллиптическая поляризация. Что такое сфера Пуанкаре?

6. Что такое кубит? Сфера Блоха.

Куби́т (q-бит, кьюбит, кубит; от quantum bit) — наименьшая единица информации в квантовом компьютере (аналог бита в обычном компьютере), использующаяся для квантовых вычислений.

Сфера Блоха — способ представления чистых состояний кубита в виде точек на сфере. Названа в честь Феликса Блоха.

7. Поляризационный светоделитель.

Поляризационный светоделитель (PBS) это оптический элемент который частично пропускает, а частично отражает падающее на него линейно поляризованное излучение. Соотношение интенсивности между прошедшим и отраженным излучением зависит от угла линейной поляризации падающего излучения.

8. Основные методы шифрования. Квантовая криптография.

Симметрично; асимметрично; хеширование; цифровая подпись

Технология квантовой криптографии опирается на принципиальную неопределённость поведения квантовой системы, выраженную в принципе неопределённости Гейзенберга — невозможно одновременно получить координаты и импульс частицы, невозможно измерить один параметр фотона, не исказив другой.

9. Протокол ББ84 принцип работы.

BB84 является первым протоколом квантового распределения ключа, который был разработан в 1984 году. Носителями информации являются фотоны, поляризованные под углами 0,45,90,135 градусов. Протокол использует для кодирования информации четыре квантовых состояния двухуровневой системы, формирующие два сопряжённых базиса:

Легко проверить, что эти базисы удовлетворяют условию несмещённости, которое неформально сводится к тому, что с точки зрения одного базиса состояния в другом расположены симметрично:

На этом этапе приготовления состояний Алиса случайным образом выбирает один из указанных базисов, а затем случайно выбирает значение бита: 0 или 1, и в соответствии с этим выбором посылает один из четырёх сигналов:

• , если этот базис “+” и значение бита равно 0

• , при том же базисе и значение бита равно 1

• , при выпадении базиса “ ” и бита 0

• , если в базисе “ ” выпал бит 1

При посылке каждого из этих сигналов Алиса запоминает свой выбор базиса и выбор бита, что приводит к появлению двух случайных битов строк на её стороне.

Боб, получая каждый из присланных Алисой сигналов, производит над ним случайным образов одно из двух измерений, каждое из которых способно дать достоверный результат из-за ортогональности состояний внутри каждого базиса Алисы:

В результате у него оказывается две строки: с тем, какие из базисов были выбраны для измерения, и с исходами этих измерений.

Итак, после передачи всех состояний и проведения измерений Алиса и Боб имеют по две строки. Здесь происходит согласование базисов: по открытому каналу Алиса и Боб объявляют друг другу свои строки с выбором базисов, и они выбрасывают посылку, в которых их базисы не совпадали. Следует обратить внимание, что если базис, используемый для посылки состояния Алисой, совпал с базисом измерения Боба, то в случае отсутствия помех в канале связи результаты в их битовых строках на соответствующей позиции будут совпадать, поэтому после этапа согласования базисов в случае идеального канала и отсутствия действий со стороны перехватчика Алиса и Боб должны обладать одними и теми же битовыми строками.

Если в канале были ошибки или перехватчик пытается подслушать информацию, битовые строки Алисы и Боба могут не совпадать, поэтому для проверки они должны согласованно раскрыть примерно половину своих битовых строк. Согласно центральной предельной теореме, ошибка в раскрытой битовой последовательности даёт достаточно точную оценку ошибки во всей последовательности, и по ней можно достаточно точно оценить вероятность ошибки в оставшихся позициях. Если величина ошибки оказывается больше некоторой величины (параметра протокола), передача данных прекращается: это означает, что перехватчик обладает слишком большой информацией о ключе. В противном случае перед Алисой и Бобом стоит задача получения общего секретного ключа. Эту задачу можно разбить на два этапа: сначала производится коррекция ошибок, в результате которой в распоряжении Алисы и Боба оказываются совпадающие битовые строки. Второй этап, называемый усилением секретности, ставит своей целью исключить информацию о ключе, которая могла попасть к перехватчику в результате действий над использовавшимся квантовыми состояниями или в ходе коррекции ошибок. В результате этого шага у перехватчика не должно оставаться информации об общей битовой строке Алисы и Боба.

10. Основные пассивные элементы волоконно-оптических линий связи, их устройство.

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) — вид связи, при котором передача данных осуществляется посредством оптического волокна. Оно представляет собой тонкие нити, выполненные из прозрачного материала (стекла или пластика). По ним можно передать информацию с высокой скоростью на длинные расстояния за счёт преломления света.

• Волоконно-оптический кабель. Является основным связующим элементом волоконно-оптических линий связи.

• Муфта. Устройство, которое соединяет оптические кабели.

• Кросс. Устройство для разъёмного подключения оптического кабеля и оптических шнуров. Осуществляется при помощи оптических розеток.

• Пигтейл (монтажный шнур). Кабель, на одном конце которого коннектор (разъём).

• Патч-корд (коммутационный шнур). Кабель с разъёмами на концах. Может быть соединительным (разъёмы одинаковые) или переходным (разные разъёмы). Может быть не длиннее 5 м.

11. Принцип работы источника лазерного излучения

ЛАЗЕР — это аббревиатура от «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation». То есть «усиление света посредством вынужденного излучения»- Говоря простым языком: частички света (протоны), возбужденные током, излучают энергию в форме света. Этот свет собирается в пучок. Таким образом образуются лазерные лучи.

12. Способы уширения линии генерации

Механизмы однородного уширения:

• Ударное уширение;

• Механизм, связанный с явлением спонтанного излучения.

Механизмы неоднородного уширения:

• Доплеровское уширение;

• Любое явление, которое вызывает случайное распределение частот атомных переходов.

13. Инверсная населенность. Схемы генерации.

Инверсная заселенность энергетических уровней — неравновесное состояние среды, при котором число частиц (атомов, молекул), находящихся на верхних энергетических уровнях, т. Е. В возбужденном состоянии, больше, чем число частиц, находящихся на нижних энергетических уровнях.

14. Резонаторы.

Резона́тор — колебательная система[1], в которой происходит накопление энергии колебаний за счёт резонанса с вынуждающей силой. Обычно резонаторы обладают дискретным набором резонансных частот.

В технике обычно встречаются резонаторы с колебанием электромагнитных или механических величин. Конструкция резонатора сильно зависит от его резонансных частот.

15. Методы накачки.

Накачка лазера — процесс перекачки энергии внешнего источника в рабочую среду лазера. Поглощённая энергия переводит атомы рабочей среды в возбуждённое состояние. Когда число атомов в возбуждённом состоянии превышает количество атомов в основном состоянии, возникает инверсия населённости. В этом состоянии начинает действовать механизм вынужденного излучения и происходит излучение лазера или же оптическое усиление. Мощность накачки должна превышать порог генерации лазера. Энергия накачки может предоставляться в виде света, электрического тока, энергии химической или ядерной реакций, тепловой или механической энергии.

16. Назовите длины волн основных окон прозрачности оптических световодов.

Окно прозрачности оптического волокна – это длина волны, распространяясь на которой сигнал затухает меньше чем на других длинах волн. 

На самом деле оптическое волокно имеет не одно, а несколько окон прозрачности, основные и самые используемые из них находятся на длинах волн 850 нм, 1300 нм, 1550 нм.

17. Какое основное условие распространения оптического сигнала по волокну?

Так, различные значения показателя преломления сердцевины оптического волокна и его оболочки говорят о различной плотности этих материалов. Это и обеспечивает основное условие распространения сигнала по оптическому волокну - эффект полного внутреннего отражения.

18. Принцип Гейзенберга

Согласно принципу неопределенности Гейзенберга, невозможно одновременно знать точное положение и точную скорость объекта.

19. От чего зависит количество фотонов в лазерном импульсе?

20. На чем основана секретность квантового распределения ключа?

Секретность выработки квантовых ключей основана на следующих принципах: Невозможно клонировать неизвестное квантовое состояние. Невозможно различить два неортогональных квантовых состояния. Невозможно измерить квантовое состояние без его изменения (редукция волновой функции).

21. Что является признаком, по которому можно судить об атаке на квантовый канал?

Атака «Квантовый троян» – основана на сканировании импульса с помощью оптического мультиплексора по направлению к отправителю или получателю. Импульс разделяется на две составляющие, для синхронизации детектирования, и передаётся на схему декодирования. Искажения пересылаемых фотонов при этом не наблюдается. Ева испускает сигналы, которые поступают на станции Алисы и Боба через квантовый канал. Она может послать лазерные импульсы в оптоволокно, которое соединяет станции А и Б, и проанализировать отраженный свет. Можно узнать, как и когда стрелял настоящий лазер, когда открывался счётчик фотонов, как настроены фазовые модуляторы или светоделители, и пр. Поэтому любые неоднородности в оптических трактах передатчика и приёмника должны быть сведены к минимуму.

22. Какие проблемы физики послужили предпосылками для создания квантовой механики? В чем они заключались?

Ква́нтовая (волнова́я) меха́ника — фундаментальная физическая теория, которая описывает природу в масштабе атомов и субатомных частиц. Она лежит в основании всей квантовой физики, включая квантовую химию, квантовую теорию поля, квантовую технологию и квантовую информатику.

23. В чем заключалась гипотеза Планка? Гипотеза Де Бройля?

Квантовая гипотеза Планка состояла в том, что для элементарных частиц, любая энергия поглощается или испускается только дискретными порциями (квантами).

В соответствии с принятой терминологией говорят, что волны де Бройля связаны с любыми частицами и отражают их волновую природу. Идея о волнах, связанных не только с квантами света, но и массивными частицами, предложена Луи де Бройлем в 1923—1924 годах и называется гипотезой де Бройля.

24. Постулаты квантовой механики. Постулат о состояниях, постулат о наблюдаемых, постулат об эволюции. Правило Борна.

Два оператора квантовой механики постулируются: оператор координат и оператор импульса. Остальные операторы квантовой механики выводятся из этих двух.

Правило Борна (также закон Борна) — закон квантовой механики, который рассчитывает вероятность того, что измерение квантовой системы позволит получить какой-либо результат. Назван в честь первооткрывателя, физика Макса Борна.

25. В чем заключается парадокс кота Шрёдингера?

Шредингер говорил: получается такая ситуация, что в какой-то момент, пока мы не открыли крышку и не посмотрели, мертв кот или жив (а система замкнута), кот с какой-то вероятностью будет живым и с какой-то вероятностью будет мертвым.

26. В чем заключается ЭПР парадокс?

Парадокс Эйнште́йна — Подо́льского — Ро́зена (сокращённо ЭПР-парадокс) — парадокс, предложенный для указания на неполноту квантовой механики с помощью мысленного эксперимента , заключающегося в измерении параметров микрообъекта косвенным образом, без непосредственного воздействия на этот объект. Целью такого косвенного измерения является попытка извлечь больше информации о состоянии микрообъекта, чем даёт квантовомеханическое описание его состояния.