Twentenaren versturen 10,5 bits aan data met enkel foton

Twentse onderzoekers zijn erin geslaagd 10,5 bits aan informatie te encoderen in een enkel foton. Ze bereikten dit door fotonen zeer precies op een rooster van 112×81 pixels te richten en ruis tot een minimum te beperken.

"Als je me een paar jaar geleden had gevraagd hoeveel informatie een enkel foton kan bevatten, had ik waarschijnlijk 1 bit gezegd: hij kan een 1 of een 0 vertegenwoordigen", zegt prof. dr. Pepijn Pinkse van het Mesa+ Instituut voor Nanotechnologie tegen Tweakers. Dat is onderdeel van de Universiteit Twente. Pinkse en zijn team zijn erin geslaagd 10,5 bits aan informatie met een enkel foton te versturen.

Dat deed hij door niet twee staten te definiëren voor een foton, maar dit te koppelen aan een 'alfabet' van 9072 'symbolen'. De wetenschappers weten bij het versturen van fotonen heel nauwkeurig de plek te bepalen waar deze gaan landen. Bij hun opstelling richtten ze fotonen op een rooster van 112×81 pixels. Elke pixel vertegenwoordigt een symbool. Omdat ze fotonen secuur kunnen richten, kunnen de wetenschappers bepalen op welke pixel, of symbool, het foton valt. Na de detectie van de ontvanger is daarmee de informatie overgebracht.

Waar een symbool bij een systeem van twee mogelijkheden 1 bit vertegenwoordigt, is dat bij het alfabet van 26 letters 4,7 bits. In de opstelling van Pinkse en zijn collega's is de hoeveelheid bits van de informatiedrager in theorie log₂(9072), oftewel 13 bits. Dat dit maximum niet behaald wordt, komt door ruis.

Het richten van de fotonen gebeurt met een spatial light modulator, of slm, terwijl de projectie vervolgens gebeurt op een intensified ccd-camera. "We moeten de camera heel kort openzetten en heel precies weten wanneer het foton aankomt. Het gaat om nanosecondes", aldus Pinkse. Om het precieze moment van de komst van het foton bij de pixel te weten te komen, sturen de wetenschappers twee fotonen: een ervan wordt gedetecteerd door een single-photon counting module, de ander bevat de informatie. Na detectie van de een, wordt de camera opengezet voor de ander.

Niet de detectie van de fotonen is het moeilijkst, maar het terugbrengen van ruis. Pinkse is daarom tevreden over het resultaat van 10,5 bits: "Zelfs als je een alfabet zou maken dat evenveel tekens bevat als het aantal atomen in het universum, dan zou je maximaal 270 bits met één foton kunnen versturen. Dan is 10,5 bits best goed."

Het onderzoek kan van belang zijn voor het gebruik van quantumcommunicatie om informatie veilig over te brengen. De Twentse wetenschappers hebben hun werk in Optics Express gepubliceerd onder de noemer Transmitting more than 10 bit with a single photon.

Reacties (58)

[JohnKarma]

Ofwel nog steeds 1 bit, raak of niet raak (0 of 1) op een vakje. Beweren dat de schaakpartij afgeleid kan worden uit een pion maar eigenlijk gewoon ook het schaakbord nodig hebben.

Volgens mij moet de vertaling gewoon zijn 10,5 bits MET een enkel foton niet IN een enkel foton dat moet dus ook nergens in het artikel staan. Ook lijkt me het niet juist om te beweren dat er een koppeling is van het foton met het 'alfabet' als er een richtmechanisme is om de informatie te coderen. Maar goed het orginele artikel gaat gewoon ruig met het begrip informatie in het foton. Ook het artikel schaamteloos koppelen aan toepasbaarheid in bijvoorbeeld Quantum Key Distribution gaat ver als de informatie niet in of aan het foton zit waar de quantum eigenschap onlosmakelijk mee verbonden is.

"Due to their quantum properties, single photons are used to entangle quantum systems or to do quantum cryptography"

Er wordt gewoon gebruik gemaakt van een woordenboek "We assume that the sender uses an alphabet X and the receiver an alphabet Y" En dan lijkt me dat die informatie dus afhangt van de staat van het meetsysteem en niet van het foton. Als iemand het alfabet van de receiver kent kan hij de boodschap van de sender decoderen. Niks informatie veilig overbrengen.

Ik snap best de behoefte om "sensationeel en wereldveranderend" onderzoek te publiceren maar ik hoop dat peerreviews dit semantische spelletje in ieder geval niet door laten gaan.

[VictordeHolland]

Er zijn bijna altijd afspraken tussen zender en ontvanger nodig als je informatie wilt versturen. Of je nu het morse alphabet afspreekt, een code voor een enigma machine, een frequentie of handsignalen. Als die afspraak is gemaakt wordt er in de opstelling wel degelijk 10.5 bits per foton aan informatie verstuurd.

[Sissors]

In principe klopt dat. En het is leuk dat ze zo'n enkel foton kunnen sturen met specifieke richting. Maar doen alsof het een hele verrassing is dat ze 10.5 bits in een enkel foton kunnen stoppen qua informatie? Ik kan nog wel meer erin stoppen, even ervan uitgaande dat ik apparatuur heb die een enkele foton kan genereren:

Als ik nu op de aan knop duw, is het '0'. Doe ik het over 1 seconde, dan is het '1', doe ik het over 2 seconde, dan is het '2', etc. En zo heb ik zonder enige moeite een hele hoop bits erin gestopt, alleen beperkt door je tijdresolutie en hoe lang je maximaal wil wachten. En dat allemaal in een enkel foton.

Dus ja, het kunnen richten van een enkel foton en dat detecteren is leuk (geen flauw idee in hoeverre dat al kon), maar die hele 10.5 bits aan informatie erin is toch echt enkel een semantisch spelletje wat mijn inziens zinloos is.

[JohnKarma]

Het is natuurlijk waar dat er informatie is verstuurd met 1 foton. Maar in de introductie van het artikel worden "pure" quantum status als Orbital Angular Momentum en two-dimensional polariztion aan de hier gebruikte techniek,spatial positioning of light, gekoppeld. En dan wordt doodleuk een link gemaakt met QKD. Met name in de introduction wordt de boel nogal opgeblazen.

"One famous example is Quantum Key Distribution (QKD) using the BB84 protocol [2] to securely build up a secret shared key between Alice and Bob. The security of this method is based on the no-cloning theorem [3], which forbids copying quantum states. The standard implementation of the BB84 protocol uses the two-dimensional polarization basis to encode information in photons."

vervolgens een prima artikel waar geen woordt gerept wordt over daadwerkelijke QKD toepassing om vervolgens in de discussion nog even een nagel in de kist te slaan met de slotzin.

"A very promising direction for this work would then be the implementation of a large-spatial-alphabet encoding for quantum key distribution or high-dimensional quantum data locking."

De introductie is gewoon flufpraat voor verder prima onderzoek naar informatie verzenden met een hoge data dichtheid.

[Reactie gewijzigd door JohnKarma op 26 juli 2024 22:20]

[Jogai]

Nee, de info was al aanwezig. De foton is een sleutel waardoor de ontvanger de juiste info er uit kan pikken.

[L0cust]

Je geeft tijdens het verzenden een eigenschap (richting) mee aan een informatiedrager (foton). Die eigenschap blijft behouden tijdens het transport, en is detecteerbaar bij de ontvangst.

Het is inderdaad 'gewoon' zo veel mogelijk informatie in een drager wordt proppen, zoals vaker wordt gedaan, maar het was nog niet eerder op deze manier toegepast op een enkele foton

[Verwijderd]

Oud nieuws? September 23, 2016 - https://www.technologyrev...s-10-bits-of-information/

[dwilmer]

Ja en nee: jouw bron haalt het uit arXiv, een preprint-website, waar het artikel inderdaad al eerder is geplaatst.
Nu is het artikel gepubliceerd in Optics Express, een peer-reviewed journal. Het artikel kan zijn aangepast, en het is in ieder geval beoordeeld op goedgekeurd.
Ik kan me goed voorstellen dat nieuwssites wachten met publiceren tot na peer review: dan is het artikel sowieso vernieuwend en zijn de conclusies die getrokken worden gegrond op hun waarnemingen.

[wouzke]

Hoe moet ik mezelf een halve bit voorstellen?

[Verwijderd]

Een "bit" is in de Informatietheorie een eenheid van informatie. Je kan het uitrekenen met log2(n). Dus log2(1024)= 10 (die herken je vast wel). Dan kan je ook op halve bits komen.

Verder: In de tekst staat 112×81 pixels = "9072 'symbolen'.".Dus dan kom je op log2(9072) = 13.1 bit. Maar het zijn er maar 10.5 ... blijkbaar gebruikt hij niet alle symbolen. Dat lijkt te kloppen met de intensity-map: ik vermoed dat hij naar de randen niet alle symbolen kan gebruiken, waarschijnlijk vanwege de genoemde ruis. Daar heeft hij vast een Hamming-distance aangehouden. Dan hou je minder symbolen over ... blijkbaar 1445, want daarvan is de log2() 10.5.
Minder wiskundig gezegd: je hebt 1445 verschillende symbolen, dus daar kan je 10.5 bits informatie in kwijt.

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 26 juli 2024 22:20]

[Ayporos]

Toegevoegd hieraan:

Je moet het niet zo zien dat er 10,5 'bits' verstuurd zijn, want dat is niet zo.
bits zijn een manier van data representatie met een complexiteit van 2 (1 of 0), als je dus meer informatie in bits wilt uitdrukken dan enkel 1 of 0 dan heb je gewoonweg meer bits nodig (en dan kun je bijvoorbeeld afspraken maken dat 0001 A is, 0010 B, 0011 C etc etc. Correcter is om te stellen dat ze met één foton een keuze kunnen versturen tussen 1445 verschillende dingen. Wat die dingen representeren dat is irrelevant.

Bits in je computer worden weergegeven door een electrische lading. Als hij boven een bepaalde waarde komt is het een 1, daaronder een 0.
Je zou met diezelfde electrische lading ook prima '10,5' bits in een enkele elektrische puls kunnen encoderen door 1445 verschillende spanningen toe te staan. Dit gebeurt echter niet omdat we niet zo nauwkeurig spanning kunnen reguleren noch meten. (zelfs met onze huidige opstelling van enkel 2 waarden kan het nog wel eens fout gaan, iets wat vaak voor komt als je je CPU hevig overclockt omdat de voltages dan geen kans krijgen om te settlen alvorens meting en je door het golf effect een verkeerde waarde kunt waarnemen).

Het nut van deze techniek die ze in twente gebruikt hebben valt nog te bezien gezien je voor correcte transmissie je sender en receiver perfect tegenover elkaar moet plaatsen zodat de foton op de juiste plek land en geregistreerd word. Dit is niet iets wat je 1 2 3 kunt omtoveren in iets wat je door een buigbare glasvezelkabel kunt sturen waarbij de lengte van de kabel irrelevant is. Daar zijn natuurlijk vast wel weer manieren voor te bedenken maar die zullen enkel de complexiteit van het geheel verhogen (je kan bijv. 3 fotonen versturen onder verschillende hoeken waarbij de hoekverhouding tussen de 3 codeert voor de data op zo'n manier dat die verhouding altijd intact blijft ook al kaatsen je fotonen constant van de binnenkant van glasvezel kabels af en weet je niet hoe lang de kabel is)... maar dat maakt je gehele setup enkel nog complexer. Er is een goede reden voor dat al onze digitale apparaten in binair gecodeerd zijn en SATA en USB (seriële data bussen, NIET parallel) zo'n succes zijn terwijl parallelle bussen beperkt zijn tot niche situaties (zoals je PCI-E lanes).

[Reactie gewijzigd door Ayporos op 26 juli 2024 22:20]

[Sissors]

Ik ben het bijna geheel eens met je post, echter:

Je zou met diezelfde electrische lading ook prima '10,5' bits in een enkele elektrische puls kunnen encoderen door 1445 verschillende spanningen toe te staan. Dit gebeurt echter niet omdat we niet zo nauwkeurig spanning kunnen reguleren noch meten.

Dat is niet juist. We kunnen prima 10.5 bits generen aan spanning. Sterker nog, de betere audio ADCs (analoog naar digitaal) en DACs (digitaal naar analoog) halen zo'n 20 bits aan effectieve resolutie, en dat is heel veel meer dan het dubbel van 10.5 bits. Dat is, afhankelijk van de snelheid, redelijk recht toe recht aan te genereren.

Maar voor berekeningen is het simpelweg niet nuttig tov binair, omdat we met binair daadwerkelijk effectief logische schakelingen kunnen maken.

Voor zenden en ontvangen is het ook niet bijzonder nuttig. Daar worden wel ook meerdere bits per keer overgestuurd, maar dan met andere modulatie vormen (zoals 64QAM, wat overigens ook onder andere door een DAC gegenereerd wordt en onder andere door een ADC ontvangen wordt). Voor luisteren naar muziek is het wel weer bijzonder handig .

[supersnathan94]

En dat adc, dac verhaal heeft dan weer te maken met de gehanteerde definitie. Je kunt voor een analoog signaal defineren dat er meer dan 1 bit wordt gebruikt voor de informatie.

Net als dat ze hier een complete pdf achter een vakje hadden kunnen hangen.

Feitelijk hebben ze hier een soort van GIF encoding gebruikt. Zonder de lookup table is de informatie echter waardeloos.

Net als dat schaken zonder bord een heel raar spel oplevert is dit type datatransmissie zonder bord helemaal niet relevant. Je kunt dit veel verder uitbreiden door achter die 10,5 bits woordlengte nog weer een tabel te hangen die dat weer vergroot naar een document. Eigenlijk hetzelfde idee als URL shorteners doen en wat youtube doet met hun videolink systeem.

[matroosoft]

In feite is het een bit vermenigvuldigt met een vector, waardoor de informatie richtingafhankelijk wordt. In feite offer je dus richtingsvrijheid op voor informatiedichtheid.

[iceheart]

Kleine noot: pci-e **is** serieel, maar potentieel met zestien kanalen naast elkaar.
Klinkt flauw maar is toch wel een verschil

[mae-t.net]

Je zou met diezelfde electrische lading ook prima '10,5' bits in een enkele elektrische puls kunnen encoderen door 1445 verschillende spanningen toe te staan. Dit gebeurt echter niet omdat we niet zo nauwkeurig spanning kunnen reguleren noch meten. (zelfs met onze huidige opstelling van enkel 2 waarden kan het nog wel eens fout gaan, iets wat vaak voor komt als je je CPU hevig overclockt omdat de voltages dan geen kans krijgen om te settlen alvorens meting en je door het golf effect een verkeerde waarde kunt waarnemen).

Toch bevat flash-geheugen vaak 2 tot 4 bits per cel. Natuurlijk peanuts vergeleken bij 13 bits, maar de achterliggende techniek is wel al sinds ongeveer 1980 bekend en in gebruik. Dat het bij de huidige digitale techniek niet kan en dat het bij 1 bit per cel al makkelijk misgaat is dus een wel erg gedramatiseerde weergave van de stand van de techniek hoewel ik je zonder meer gelijk geef dat het met elke bit extra veel moeilijker zal worden.

Spanning reguleren en meten gaat in tegenstelling tot wat je vermoed, uitstekend tot op de millivolt nauwkeurig maar je moet voldoende afstand tussen de spanningsniveau's hebben om de kans zo klein mogelijk te maken dat ruis of ""golf effecten"" de boel in de war schoppen (vergelijk dat ze hier maar 10 van de 13 bits gebruiken - als het ooit op de markt komt bijvoorbeeld maar 8 bits). Ook minieme ontladingen van de cellen of (externe) spanningswisselingen mogen niet zomaar in een bitfout resulteren.

Even ter referentie: een flashchip die 4 bits in een cel opslaat gebruikt daar 16 spanningsniveau's voor. Bij een voedingsspanning van 3,3V heb je dus iets meer dan 200mV per niveau tot je beschikking. Dat wordt als voldoende bedrijfszeker beschouwd. Andere fabrikanten doen het met 2 of 3 bits en dan dus 800 of 400mV voor extra bedrijfszekerheid of om ontwerpen en fabricageprocessen met grotere toleranties mogelijk te maken.

Zou je zeggen: we gaan naar 10mV per waarde, dan zou je toch al 7 bits kunnen opslaan in een flashchip. Dan is de ruis naar mijn inschatting een groter principieel probleem dan dat je de waarde niet nauwkeurig genoeg kan lezen of schrijven.

En een leuk weetje: veel chips die al in de jaren '90 in speelgoed en dergelijke werden gebruikt voor opname en weergave van korte geluiden, zijn op een soortgelijke technologie gebaseerd maar dan met (meer of oneindig, afhankelijk van de precieze implementatie) spanningsniveau's per cel. Dat was geen probleem omdat het toch grotendeels analoog ging en bovendien om een toepassing die weinig nauwkeurigheid vereist.

[Reactie gewijzigd door mae-t.net op 26 juli 2024 22:20]

[kaphot]

Als een item 3 verschillende statussen kan hebben, geeft dat item ongeveer 1,6 bit weer.

Bij dit experiment lijkt het me dat het te vergelijken is met het besproeien van een groep tegels van bijvoorbeeld 10*100. Daarna bepalen afhankelijk van hoe nat de tegels zijn, wat het middelpunt was. Met 10*100 kun je van 1000 mogelijke tegels waar op gericht is, aangeven welke tegel het was. Oftewel bijna evenveel als dat je met 10 bits aan kunt geven. Het besproeien van de tegels is afhankelijk van hoe je sproeikop is ingesteld. Het instellen van het foton is afhankelijk van welk filter gebruikt wordt.

Deze techniek is bijvoorbeeld interresant bij glasvezel verbindingen, gezien je met het toevoegen van het filter je capaciteit met factor 10 kunt verhogen.

[tympie]

Aangezien het gaat om een enkele foton, lijkt me dat je in plaats van "besproeien door een filter" beter een enkel gericht schot met een waterpistooltje als voorbeeld kunt nemen.

Ik vraag me ook af of dit direct nut heeft voor glasvezelverbindingen. De slm richt het foton, maar blijft die richting behouden als je het vervolgens door een (potentieel lange) glasvezel stuurt, zodat de foton bij het verlaten van de glasvezel naar een specifieke pixel op de ccd te sturen valt? Of wil je de foton naar één van tienduizenden glasvezels gaan sturen (dus zeg maar de ccd vervangen door een matrix van glasvezel-uiteinden)?

Verder, leuk dat het kan, en het richten van een enkele foton zal zeker heel wat wetenschap en techniek achter zitten, maar het verhaal komt op mij toch een beetje over als: Ik kan 1000 verschillende antwoorden geven met slechts éénmaal ja zeggen. Hoe dan? Door het tegen één iemand uit een groep van 1000 te zeggen, en dan te vragen wie het gehoord heeft. Ja, duh...

Ook die opmerking van "het aantal atomen in het heelal is te tellen met 270 bits, dus 10.5 bits is best goed"? Mjah, als je het zo bekijkt. Bill Gates z'n vermogen valt uit te drukken in 32bits? Dan ben ik met een inkomen dat in 16 bits valt uit te drukken, al bijna half zo rijk, toch?

[Reactie gewijzigd door tympie op 26 juli 2024 22:20]

[MacFreek]

Ik vraag me ook af of dit direct nut heeft voor glasvezelverbindingen.

Ik denk het niet, sowieso zal het van de kosten afhangen.

Aardig is om te constateren dat bij glasvezel ook al allerlei modulatietechnieken worden toegepast om meer bits in een "baud" te stoppen ook al langer toegepast. Natuurlijk is meer informatie in een baud (lichtpuls) niet zo indrukwekkend als in een enkele foton, maar toch.

Ter info, vanaf 10 Gb/s glasvezelverbindingen worden twee variabelen gebruikt om extra informatie in een baud te stoppen: de amplitude (signaalsterkte) en de polariteit van het licht. Door ook daar aan verschillende polariteiten en amplitudes een ander symbool te hangen kan je met bijvoorbeeld 64QAM maar liefst 6 bits (2⁶=64) aan informatie kwijt. Door er een 66/64 encoding (vroeger meestal 10/8: 1 Gb/s Ethernet stuurt signalen over met 1.25 GHz frequentie) overheen te gooien (voor de forward error correctie, FEC) hou je nog maar 5.8 bits aan informatie over per "baud".

Het is een aparte tak van sport, en de beperking waar men op dit moment tegenaan loopt is de Shannon-limiet, die zegt dat je bij een bepaald ruis-niveau ofwel korte afstand ofwel lagere bandbreedte haalt. Vandaar ook dat de werkbare afstand voor 40, 25, 50, 100 en 400 Gb/s lager is dan bij 10 Gb/s bij dezelfde Ethernet media.

Dit onderzoek met (zo te lezen) spatiele verdeling als extra "dimensie" om informatie mee te coderen zal daar met de huidige glasvezels denk ik weinig helpen, omdat de spatiele verdeling van licht meestal niet behouden is. Even kort door de bocht, licht kaatst heen en weer binnen de binnenste core van een glasvezel (6 µm bij single mode, 50 µm bij multi mode glasvezel), waarbij de cladding (van zo'n 125 µm), die een hogere brekingsindex heeft, als een soort spiegel fungeert. Nou is bij single mode (zoals hier ook gebruikt wordt) de core kleiner, en dus de hoek die het licht maakt ook (plat gezegd gaat het meer rechtuit, in plaats van heen-en-weer te kaatsen). Daardoor kan je grotere afstanden overbruggen. Bij multimode is de afstand die een foton aflegt immers afhankelijk van de hoek die deze maakt. Een foton die meer heen-en-weer kaatst is langer onderweg dan een foton die rechtdoor gaat. Daardoor krijg je bij multimode meer ruis: het foton dat langer onderweg is, komt na verloop van tijd terecht in de volgende baud terecht. Bij single mode heb je weer andere problemen, zoals dispersie (de brekingsindex is anders voor verschillende frequenties, wat het signaal vervormt)

Als je dan ook nog bedenkt dat bij een glasvezelovergang tussen twee vezels je te maken hebt met reflecties, denk ik dat deze techniek pas interessant wordt bij netwerken gebaseerd op quantummechanica. Er schijnen wel een paar van te zijn, maar door als deze problemen lijkt het me vooral heel erg duur en heel erg veel moeite.

Of wil je de foton naar één van tienduizenden glasvezels gaan sturen

De meeste transportnetwerken hebben 96 of 192 fiberstrands (cores), maar ook in datacentra zie je tegenwoordig veel MPO/MTP kabels met 8 of 12 strands, in plaats van de voorheen gebruikelijke duplexvezels met 2 strands.

[floriz87]

Ik vermoed dat het om een gemiddelde gaat.

[rootpowered]

Het maximum is 13 bits (in de opstelling van Pinkse), dus waarschijnlijk wel.

[Reactie gewijzigd door rootpowered op 26 juli 2024 22:20]

[tinzarian]

Ik vermoed dat tweakers.net het dan een gemiddelde moet noemen

[jenner2006]

In dit geval gaat het waarschijnlijk om het aantal mogelijkheden dat je kunt vertegenwoordigen met 1 foton. In het geval van 1 bit heb je 2 mogelijkheden. 1 en 0. 2^1. Bij 2 bits heb je 4 mogelijkheden. 2^2. In het geval van 10,7 kun je 2^10,7 verschillende mogelijkheden representeren. Ongeveer 1663. Dus een alfabet van 1663 verschillende tekens.

[Hans1990]

Dat er nog bits over zijn die 'onbenut' zijn. In dit geval door ruis of fysieke beperkingen.

Simpele redenering: 1 bit kan 2 mogelijkheden bevatten, 2 bits is 4, 3 bits is 8, etc.

Vervolgens wil je een waarde opslaan die 5 verschillende getallen kan aannemen. Dat past niet in 2 bits, daar passen maar 4 verschillende toestanden in. Maar eigenlijk is 3 bits al teveel, daar passen er nog 3 meer in. Je hebt eigenlijk log₂(5) = 2.32 bits nodig voor deze informatie. Dit heet ook wel entropie.

Dit is vergelijkbaar. De detector is ~13 bits en heeft 9072 hokjes. Ze weten nu een foton zo te richten dat er gemiddeld 2^10.5 (1448) hokjes met vertrouwen kunnen worden geraakt. Dit is echter wel een gemiddelde, dus de andere 7624 hokjes doen ook 'mee'; maar als je de informatie wilt verwerken zal je daar rekening mee moeten houden.
De verhouding tussen goed/slecht klinkt vrij groot; maar dat is al gauw met logaritimische schalen. Zoals gezegd, met een 270 bits (1.900*10⁸¹) raster zou je elke atoom in het universum 1 voor 1 kunnen 'aanwijzen'.

[Reactie gewijzigd door Hans1990 op 26 juli 2024 22:20]

[M.l.]

Omdat vanwege ruis niet 13 bits per f9ton word gehaald maar 10,5 bits ben je dus per foton 2,5bits kwijt aan foutcorrectie. Foutcorrectie werkt ook niet echt met kleine stukjes data, dat doe je door meerdere stukjes als een groter stuk data voor te stellen. Als je 100 fotonen verstuurd heb je effectief 1050 bits aan data, de overige 250 zijn voor foutcorrectie. Na overdracht is de data niet helemaal correct maar door de foutcorrectie toe te kunnen passen heb je alsnog effectief 1050 bits. Gemiddeld heb je dan per foton 10,5 bits.

[Noedel-Man]

hoe kan je 0.5 bit hebben?

[kaphot]

Wanneer je twee items nodig hebt om aan te geven dat iets twee mogelijke uitkomsten kan hebben, bevatten 2 items 1 bit aan informatie. Oftewel 1 item bevat een halve bit aan informatie.
Bijvoorbeeld twee personen die ja of nee moeten zeggen voordat je het gelooft.

[Sayko]

Ze de 0.5 bit als een net niet bit

[Verwijderd]

Alle atomen in het universum is een getal wat je je niet eens kunt beseffen. Nooit bij stil gestaan dat dit in zo'n klein klinkend getal als 270 bits gestopt kon worden al zitten er in 64 bits ip adressen al ontelbaar veel mogelijkheden om maar eens even een vergelijking te trekken.

[skiwi2]

Dat is volgens mij niet wat ze bedoelen hier.

Als je een alfabet ter grootte van alle atomen in het universum zou hebben, zelfs dan zou je nog maar 270 bits overhouden. Naar mijns inziens komt dit door de hoeveelheid ruis die ze hebben, en wellicht versterkt die grid-opstelling ook nog wel de ruis als die grid groter wordt.

[OddesE]

Komt niet door de ruis. Komt door de insane grote getallen waar je op uit komt als je steeds met 2 blijft vermenigvuldigen. Er zijn gewoon niet meer atomen in het universum.

[OddesE]

IPv4 adressen zijn 32 bits, 4 miljard mogelijkheden.
IPv6 adressen zijn 128 bits.

Heb je net even zitten nadenken hoeveel 64 bits is... begin maar vast met dat gigantische getal te vermenigvuldigen... keer 2, keer 2, keer 2, keer 2, keer 2, ....

[Verwijderd]

Het rooster om die 270 bit mee op te vangen zou fysiek ook nogal groot moeten zijn.

[jimshatt]

Dat dacht ik ook. Zeker als de mogelijkheden meer dan het aantal atomen in het universum zijn, lijkt het me nogal lastig om dat rooster te bouwen zelfs al zou je daarvoor alle atomen in het universum gebruiken....

[F_J_K]

Ik heb het onderliggende artikel niet gelezen, maar kan o.b.v. dit Tnet-artikel de gedachtegang niet volgen. 10,5bit info door het te mikken op locatie X? Oneens: de informatie zit 'em dan in de kennis over de locatie van de doel-pixel. Dan kan je net zo goed stellen dat met iedere pixel een dataset van 10TB wordt geplaatst. Et voila: 1 foton heeft vele TB's aan info.
Ik moet opeens aan Jan Sloot's broncode denken

[Kermit123]

Ik vond het ook een beetje vreemde manier van presenteren. Het is ongetwijfeld knap om één enkele foton consequent op een plek te krijgen, maar ik vind het nogal bout om dan te stellen dat alle info in die ene foton zit. Het is de spacial information die de encoding lijkt te doen.

Of ik moet compleet de essentie missen van dit experiment.

[- peter -]

Idd, beetje flauw. Je kan idd net zo goed een 1 terabit per foton krijgen door een enorm uitgebreid target te maken.

[MN-Power]

Ik moest bij dit artikel meteen denken aan een crt scherm en zijn elektronenkanon. Dus in jouw geval een ca. 50k hyper HD scherm Niet helemaal eerlijk aangezien er natuurlijk ook nog 3 subpixels zijn en dus nóg meer informatie.

[RatedR]

Een "enorm uitgebreid target" stelt ook weer verhoogde eisen aan het medium waarover je communiceerd. Het gaat er net om, dat ze gegeven een bepaald medium, zoveel mogelijk informatie per "symbool" er doorheen geperst krijgen. Daarnaast:

"Zelfs als je een alfabet zou maken dat evenveel tekens bevat als het aantal atomen in het universum, dan zou je maximaal 270 bits met één foton kunnen versturen. Dan is 10,5 bits best goed."

M.a.w. dat "enorm grote target" gaat die 1 terabit niet halen

In jouw redenering zou je ook een spanning tussen 0 en 1 V kunnen verzenden richting ontvanger (gewoon over koper), met een nauwkeurigheid van een biljoen cijfers achter de komma (dan kun je er een terabit in encoden). Het lijkt mij echter nogal logisch dat je (tegen acceptabele kosten en snelheid, je zult het 1x per seconde moeten doen om 1 Tbps te halen) nooit een spanningsniveau zo nauwkeurig kan genereren én (aan de andere kant) kan meten.

[grote_oever]

Na 4x lezen en wat gegoogle snap ik dit bericht nog steeds niet. Maar mag ik concluderen dat één lichtdeeltje (fotoon) meerder bits kan bevatten? In de google zie ik veel quantum communicatie terug komen in ruimte vaart.

Mag ik concluderen dat het verzenden van data op lange afstanden hier stukken efficiënter mee gaat?

[brammieman]

Het foton bevat de informatie niet. Het is de manier waarop de foton aankomt bij de ontvanger wat de informatie bepaald.
Als ik het een beetje begrijp..

Stel je een tafel voor met 26 borrelglazen met ieder een letter van het alfabet er in.
Jij, een tafel verderop, krijgt een knikker en moet N versturen naar de persoon die aan de tafel met de glazen zit.
Door de knikker in het juiste glas te gooien heb je zojuist een N verstuurd met een knikker.

Zijn doen ongeveer hetzelfde maar dan met meer tekens/karakters en een foton richting een rooster op een sensor.

In hoeverre dit technisch mogelijk is over lange afstanden met hoge precisie zal de tijd leren. Risico op ruis en afwijkig etc wordt groter

[Reactie gewijzigd door brammieman op 26 juli 2024 22:20]

[TheMak]

Zo lees ik het ook, maar als analogie kwam bij mij een dartbord in me op.

[kolderindekop]

http://electronics.stacke...-half-bit-in-this-context

[JVos90]

Er word kort gesproken over het belang van quantumcommunicatie om informatie veilig over te brengen.

Zoals ik het begrijp:
1. "Quantum states" zijn niet exact te kopieëren zonder het origineel te vernietigen.
2. Informatie kan alleen worden gewonnen door het signaal te beïnvloeden waardoor die niet meer in een quantum state zit.
3. Je hebt een eenmalige sleutel nodig voor het encrypten/decrypten van de informatie.


Voor punt 3 heb je een aparte sleutel nodig per foton en kon je voorheen alleen een 0 of 1 veilig versturen per sleutel, is dit nu mogelijk met 10.5 bits? Waardoor je een veel uitgebreider bericht versleuteld kan versturen.

Kan iemand dit toelichten? Ik kan er ook volledig naast zitten. Ik heb al een tijdje geen Quantum mechanica meer gebruikt.

[Verwijderd]

Ik snap het wschl weer niet, maar het zijn hier toch niet de fotonen die de info bevatten maar de ontvanger? Ik kan met mijn vinger alle toetsen van het alfabet aanslaan, maar een vinger bevat dan toch ook niet 26 karakters aan informatie?

[RatedR]

Eén welgemikte aanslag bevat niet 26 karakters aan informatie, maar wel de informatie van één karakter, wat bijvoorbeeld (neem ASCII econding) overeenkomt met 7 bits aan informatie. Als jij een de "a" aanslaat, komt dat overeen met "1100001". M.a.w., je hebt met 1 "symbool" 7 bits overgebracht.

Zou je nu het alfabet uitbreiden naar 1445 karakters (en bijbehorend toetsenbord), dan kun je per aanslag 10.5 bits overbrengen. Vraag is of zo'n toetsenbord praktisch nog bruikbaar is (óf veel te groot, óf veel te kleine toetsen).

[Reactie gewijzigd door RatedR op 26 juli 2024 22:20]