Квантовая робототехника
Квантовая робототехника — это междисциплинарная область, которая исследует пересечение робототехники и квантовой механики . Эта область, в частности, исследует применение квантовых явлений, таких как квантовая запутанность, в сфере робототехники. Примеры его применения включают квантовую связь в сценариях многоагентной совместной робототехники, использование квантовых алгоритмов при выполнении задач робототехники и интеграцию квантовых устройств (например, квантовых детекторов) в роботизированные системы. [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7]
Введение
[ редактировать ]Квантовая связь в свободном пространстве между мобильными платформами была предложена для реконфигурируемых приложений квантового распределения ключей (QKD) с использованием дронов. [8] в 2017 году. Позднее эта технология была усовершенствована в различных аспектах в мобильных дронах и транспортных платформах в нескольких конфигурациях, таких как системы «дрон-дрон», «дрон-движущееся транспортное средство» и «автомобиль-автомобиль». [9] [10] [11] .Технология системы связи для демонстрации распределения квантовых ключей BB84 в оптических линиях связи самолетов. [12] Воздушная демонстрация полезной нагрузки приемника квантового распределения ключей. [12] Технология системы связи для демонстрации распределения квантовых ключей BB84 в оптических линиях связи самолетов. [13]
Другие исследователи внесли свой вклад в создание системы распределения квантовых ключей небольшого размера, веса и мощности для небольших беспилотных летательных аппаратов. [14] ., характеристики поляризационного приемника для мобильной оптической ККД в свободном пространстве [15] ., а также оптическое распространение запутывания с использованием дронов в качестве мобильных узлов. [16] Тема квантовой связи в свободном пространстве между мобильными платформами, которая изначально была реализована для удовлетворения потребности в КРК в свободном пространстве и распределении запутанности с использованием мобильных узлов, была перенесена в область робототехники как новая междисциплинарная тема мехатроники для исследования и изучения интерфейса между область квантовых технологий и робототехнических систем. [1] [2] [3] [4] [5] [7] Основным преимуществом такой интегрированной технологии является гарантированная безопасность связи между мультиагентными и кооперативными автономными системами. Несмотря на то, что это новая развивающаяся область, в будущих исследованиях ожидаются и другие преимущества, связанные с доступом к быстрорастущим и предстоящим квантовым преимуществам. Однако такой прогресс может быть достигнут только после того, как будет заложен фундамент так называемой «квантовой робототехники» и «квантовой мехатроники». [1] [2] [3] [4] [5] [7] Статья способствует предоставлению дополнительной информации, необходимой для исследований по интеграции квантовой связи в свободном пространстве в область робототехники. Другие вклады включают модернизацию дисциплины мехатроники с помощью квантовой инженерии в образовательных целях, которая первоначально была предложена в . [1] [2] [3] [4] [5] [7] В этой статье дополнительно представлены темы квантовой инженерии, необходимые для обучения и подготовки будущих инженерных кадров для достижения успеха в быстро развивающейся, постоянно меняющейся отрасли. В частности, предлагаются темы по основам квантовой механики, такие как квантовая запутанность, криптография, телепортация, а также тест Белла, которые подходят для инженерных учебных программ и университетских проектов.
Алиса и Боб Роботы
[ редактировать ]В области квантовой механики имена Алиса и Боб часто используются для иллюстрации различных явлений, протоколов и приложений. К ним относятся их роль в квантовой криптографии , квантовом распределении ключей , квантовой запутанности и квантовой телепортации . Термины «Робот Алиса» и «Робот Боб». [1] [2] [3] [4] [5] [7] служат аналогичными выражениями, объединяющими концепции Алисы и Боба из квантовой механики с мехатронными мобильными платформами (такими как роботы, дроны и автономные транспортные средства). Например, робот Алиса функционирует как платформа передатчика, которая связывается с роботом Бобом, в котором размещены приемные детекторы.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и Фарбод Хошнуд, Лукас Ламата, Кларенс В. Де Сильва, Марко Б. Квадрелли, Квантовая телепортация для управления динамическими системами и автономией , Журнал мехатронных систем и управления, том 49, выпуск 3, стр. 124-131, 2021 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и Ламата, Лукас; Квадрелли, Марко Б.; де Сильва, Кларенс В.; Кумар, Прем; Кантер, Грегори С.; Газинежад, Мазиар; Хошнуд, Фарбод (12 октября 2021 г.). «Квантовая мехатроника» . Электроника . 10 (20): 2483. doi : 10.3390/electronics10202483 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и Фарбод Хошнуд, Мазиар Газинежад, Автоматизированная квантовая запутанность и криптография для сетей роботизированных систем, Международная конференция IEEE/ASME по мехатронным и встраиваемым системам и приложениям (MESA), IDTC-CIE 2021, Виртуальная конференция: 17–20 августа, DETC2021-71653, 2021.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и Ламата, Лукас; Айелло, Кларис Д.; Квадрелли, Бруно Марко; Газинежад, Мазиар; де Сильва, Кларенс В.; Хошнуд, Фарбод; Бахр, Бехнам (23 апреля 2021 г.). «Курс модернизации мехатроники с помощью квантовой инженерии, Американское общество инженерного образования» . Проверено 7 сентября 2023 г.
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и Хошнуд, Фарбод; Эсат, Ибрагим И.; де Сильва, Кларенс В.; Квадрелли, Марко Б. (апрель 2019 г.). «Квантовая сеть кооперативных беспилотных автономных систем» . Беспилотные системы . 07 (2): 137–145. дои : 10.1142/S2301385019500055 . ISSN 2301-3850 . S2CID 149842737 . Проверено 7 сентября 2023 г.
- ^ Тандон, Пратик; Лам, Стэнли; Ши, Бен; Мехта, Танай; Митев, Алекс; Онг, Чжиян (2017). "Введение" . Квантовая робототехника: учебник современной науки и перспектив на будущее . Синтезирующие лекции по квантовым вычислениям. Международное издательство Спрингер. стр. 1–3. дои : 10.1007/978-3-031-02520-4_1 . ISBN 978-3-031-02520-4 . Проверено 7 сентября 2023 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и Фарбод Хошнуд, Марко Б. Квадрелли, Энрике Гальвес, Кларенс В. де Сильва, Шаян Джавахериан, Б. Бахр, М. Газинежад, А.С. Эддин, М. Эль-Хадеди, Квантовый интерфейс мозг-компьютер, ASEE PSW, 2023, в печати .
- ^ П.Г. Квиат и DJ Готье, «Реконфигурируемая система квантовой криптографии в свободном пространстве», Патент США, №: US 2017/0250805 A1, 2017].
- ^ А. Конрад, Д. Чаффи, Дж. Чепмен, К. Чопп, К. Хердон, А. Хилл, Д. Санчес-Росалес, Дж. Сабо, DJ Готье и П. Г. Квиат, «Квантовое распределение ключей на основе дронов, Бюллетень Американского физического общества, мартовское собрание, том 64, номер 2, 4–8 марта, Бостон, Массачусетс, США, 2019].
- ^ С. Исаак, А. Конрад, А. Хилл, К. Херндон, Б. Виленс, Д. Чаффи, Д. Санчес-Росалес, Р. Кокран, Д. Готье и П. Квиат, «Квантовый ключ на основе дронов». Распространение», Конференция по лазерам и электрооптике (CLEO) 2020 г., Сан-Хосе, Калифорния, США, 2020 г., стр. 1–2.
- ^ Эндрю Конрад, Саманта Исаак, Родерик Кокран, Дэниел Санчес-Росалес, Тахере Резаи, Тимур Джавид, А. Дж. Шредер, Гжегож Гольба, Даниэль Готье, Пол Квиат, «Квантовые коммуникационные каналы на основе дронов», Труды SPIE - Международного общества Оптическая инженерия, том 12446, Quantum Computing, Communication and Simulation III, 2023, Сан-Франциско, США, февраль 2023 г.].
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Флориан Молль, Себастьян Науэрт, Кристиан Фукс, Иоахим Хорват, Маркус Рау, Харальд Вайнфуртер, «Технология системы связи для демонстрации распределения квантовых ключей BB84 в оптических линиях связи самолетов», Proc. SPIE 8517, Лазерная связь и распространение в атмосфере и океанах, 851703 (24 октября 2012 г.); https://doi.org/10.1117/12.929739 ].
- ^ и воздушная демонстрация полезной нагрузки приемника квантового распределения ключей Кристофер Дж. Пью, Сара Кайзер, Жан-Филипп Бургуан, Чонван Джин, Нигяр Султана, Саша Агне, Елена Анисимова, Вадим Макаров, Эрик Чой, Брендон Л. Хиггинс и Томас Дженневейн].
- ^ К. Кинтана, П. Сибсон, Г. Эрри, Ю. Туе, Э. Кингстон, Т. Исмаил, Г. Фолкнер, Дж. Кеннард, К. Гебремикаэль, К. Кларк, К. Эрвен, С. Чуард, М. Уотсон, Дж. Рарити и Д. О'Брайен, «Малый размер, вес и квантовая система распределения ключей для малых беспилотных летательных аппаратов», Proc. SPIE 10910, Лазерная связь в свободном космосе XXXI, 1091014, март 2019 г.].
- ^ В. Миллер, А. ДеЧезаре, Р. Снайдер, Д. Карвалью, П. М. Олсинг, Д. Ан, (2020). На пути к мобильной оптической QKD в свободном пространстве: характеристика приемника на основе поляризации, Труды SPIE, том 11391, ID. 1139105. 10 с., 2020.].
- ^ Х.-Ю. Лю, Х.-Х. Тянь, Ц. Гу, П. Фань, С. Ни, Р. Ян, Ж.-Н. Чжан, М. Ху, Цз. Го, С. Цао, С. Ху, Г. Чжао, Ю.-Ц. Лу, Ю.-Х. Гонг, З. Се и С.-Н. Чжу, «Распределение запутанности с помощью оптических реле с использованием дронов в качестве мобильных узлов», Physical Review Letters, 126, 020503, 2021.