Procesul de transfer de informații este prezentat schematic în figură. Aceasta presupune că există o sursă și un destinatar al informațiilor. Mesajul de la sursă către destinatar este transmis printr-un canal de comunicare (canal de informare).
Orez. 3. - Procesul de transfer al informaţiei
În acest proces, informațiile sunt prezentate și transmise sub forma unei secvențe de semnale, simboluri, semne. De exemplu, în timpul unei conversații directe între oameni, sunt transmise semnale sonore - vorbire, în timp ce citește un text, o persoană percepe litere - simboluri grafice. Secvența transmisă se numește mesaj. De la o sursă la un receptor, un mesaj este transmis printr-un mediu material (sunetul este unde acustice în atmosferă, imaginea este unde electromagnetice ușoare). Dacă în procesul de transmitere sunt folosite mijloace tehnice de comunicare, atunci acestea sunt numite canale de comunicatie(canale de informare). Acestea includ telefon, radio, televiziune.
Putem spune că organele de simț umane joacă rolul de canale de informare biologică. Cu ajutorul lor, impactul informațional asupra unei persoane este transmis în memorie.
Claude Shannon, a fost propusă o diagramă a procesului de transmitere a informației prin canalele tehnice de comunicare, prezentată în figură.
Orez. 4. - Procesul de transfer de informații conform lui Shannon
Funcționarea unei astfel de scheme poate fi explicată în procesul de vorbire la telefon. Sursa de informare este persoana care vorbește. Codificatorul este un microfon al receptorului telefonic, cu ajutorul căruia undele sonore (vorbirea) sunt convertite în semnale electrice. Canalul de comunicație este rețeaua telefonică (fire, comutatoare ale nodurilor telefonice prin care trece semnalul)). Dispozitivul de decodare este un receptor telefonic (auricular) al persoanei care ascultă - receptorul de informații. Aici, semnalul electric de intrare se transformă în sunet.
Comunicarea în care transmisia este sub forma unui semnal electric continuu se numește comunicare analogică.
Sub codificare se înţelege orice transformare a informaţiei provenite dintr-o sursă într-o formă adecvată pentru transmiterea acesteia printr-un canal de comunicare.
În prezent, comunicarea digitală este utilizată pe scară largă, atunci când informația transmisă este codificată în formă binară (0 și 1 sunt cifre binare) și apoi decodificată în text, imagine, sunet. Comunicațiile digitale sunt discrete.
Termenul „zgomot” se referă la tot felul de interferențe care distorsionează semnalul transmis și duc la pierderea de informații. O astfel de interferență, în primul rând, apare din motive tehnice: calitatea slabă a liniilor de comunicație, nesiguranța unele față de altele a diferitelor fluxuri de informații transmise pe aceleași canale. În astfel de cazuri, este necesară protecția împotriva zgomotului.
În primul rând, metodele tehnice sunt folosite pentru a proteja canalele de comunicare de efectele zgomotului. De exemplu, folosind un cablu de ecran în loc de sârmă goală; utilizarea diferitelor tipuri de filtre care separă semnalul util de zgomot etc.
Claude Shannon a dezvoltat o teorie specială de codificare care furnizează metode pentru a trata zgomotul. Una dintre ideile importante ale acestei teorii este că codul transmis prin linia de comunicare trebuie să fie redundant. Datorită acestui fapt, pierderea unei anumite părți a informațiilor în timpul transmisiei poate fi compensată.
Cu toate acestea, nu puteți face redundanța prea mare. Acest lucru va duce la întârzieri și la costuri mai mari de comunicare. Teoria de codificare a lui K. Shannon vă permite doar să obțineți un astfel de cod care va fi optim. În acest caz, redundanța informațiilor transmise va fi minimă posibilă, iar fiabilitatea informațiilor primite va fi maximă.
În sistemele moderne de comunicații digitale, următoarea tehnică este adesea folosită pentru a combate pierderea de informații în timpul transmisiei. Întregul mesaj este împărțit în bucăți - blocuri. Pentru fiecare bloc, se calculează o sumă de control (suma cifrelor binare), care este transmisă împreună cu acest bloc. La locul recepției se recalculează suma de control a blocului primit, iar dacă nu coincide cu originalul, atunci transmiterea acestui bloc se repetă. Aceasta va continua până când sumele de control inițiale și finale se potrivesc.
Rata de transfer de informații Este volumul informațional al mesajului transmis pe unitatea de timp. Unități de măsurare a debitului de informații: bit/s, octet/s etc.
Liniile de comunicație de date tehnice (linii telefonice, comunicații radio, cablu cu fibră optică) au o limită de debit de date numită lățimea de bandă a canalului de informații... Limitele ratei de transfer sunt de natură fizică.
Informația este un set de unu și zerouri, ceea ce înseamnă că sarcina este de a transfera cu precizie o anumită secvență a acestor unități și zerouri din punctul A în punctul B, de la receptor la emițător.
Acest lucru se întâmplă fie prin firul care transportă semnalul electric (sau semnalul luminos în cablul de fibră optică), fie fără fir, același semnal este transmis folosind unde radio.
Pentru a transmite o secvență de unu și zero, trebuie doar să cădeți de acord asupra semnalului care va însemna unu și care va însemna zero.
Pot exista multe tipuri de astfel de modulații, la fel de mult ca și proprietățile undelor radio.
- Undele au o amplitudine. Grozav, puteți folosi modificarea amplitudinii undei purtătoare pentru a codifica zerourile și unurile noastre - aceasta este modularea în amplitudine, caz în care amplitudinea semnalului pentru transmiterea zero poate fi (de exemplu) de două ori mai mică decât pentru unul.
- Undele au o frecvență. Modificarea frecvenței poate fi, de asemenea, utilizată - aceasta va fi deja modulare de frecvență, o astfel de modulare într-un mod similar reprezintă o unitate logică cu un interval cu o frecvență mai mare decât zero.
- Codificare prin schimbarea fazei undei purtătoare - modulație de fază.
Deci, vorbesti la telefon, sunetul intră în microfon, apoi la traductor și la transmițător, emițătorul emite unde radio modulate, adică modificate astfel încât acestea să poarte un anumit semnal, în cazul unui telefon. - un semnal sonor.
În antena receptorului, care se află pe cea mai apropiată casă/turn, sub influența undelor radio, apar oscilații electrice de aceeași frecvență cu cea a undei radio, receptorul primește semnalul și apoi o grămadă de transmițători de receptoarele și firele dintre ele intră în joc...
Principiul este același cu cel al radioului, este practic același lucru. Pentru transmiterea informațiilor se folosesc unde electromagnetice de frecvențe radio (adică cu o lungime de undă foarte mare). O anumită caracteristică (amplitudine sau frecvență) este selectată pentru undă. Apoi are loc așa-numita modulație. Aproximativ (foarte simplificat) în cazul comunicațiilor mobile, caracteristica undei inițiale care transportă semnalul este corelată cu caracteristica undei acustice, adică, de fapt, folosind informațiile conținute în unda originală, telefonul dvs. creează unde sonore pe care urechile tale le pot percepe.
Fie ca parametrul variabil al undei purtătoare să fie frecvența, de exemplu. Pe degete: aici frecvența este n Hz, aici este m Hz, apoi aceste frecvențe sunt potrivite cu frecvențele undei sonore, iar vibratorul din telefon creează deja cele mai multe unde sonore.
Răspuns
Observații cu privire la
Există ADC-uri în dispozitivele electronice. Și un DAC. Primul convertește un semnal analogic (sunet) în digital, iar cel de-al doilea invers. Momentul lucrului cu digital este modulația. Există și teorema lui Kotelnikov, care spune că orice semnal poate fi reprezentat ca suma unui tablou de numere din funcția specială sinc. Practic, este deja închis în software. Pentru a netezi semnalul sau pentru a suprima zgomotul pâlpâit, utilizați transformata Fourier și căutați raportul maxim semnal-zgomot. Există și criteriul maximului și minimului (punctul este pur și simplu în ceea ce contăm). Netezirea este o combinație iterativă a valorilor cifrelor i-a (valorile unui semnal digital, adică o funcție obișnuită, cum ar fi un sinus) cu un anumit pas h. Mai puțin h, mai mult i - mai bine anti-aliasing. Dar cu cât algoritmul este mai lent.
Toată lumea scrie despre conversații telefonice, jumătate dintre toți scriu deja în „argo” semi-profesional... Ei au întrebat - în ceea ce privește zerourile absolute în asta... Eh... Deși răspunsul meu va fi chiar în partea de jos, și nimeni va ajunge la el, consider că este datoria mea sfântă să spun: D
Am vorbit deja despre telefonie aici, dar nu despre bluetooth și Wi-Fi. Și acolo este destul de interesant. Tehnologia este aceeași ici și colo: se folosesc unde radio de o anumită gamă (totul este strict reglementat). Dispozitivul A preia informații, dansează peste ea cu o tamburină, o transformă la 1010001, de exemplu, și o trimite în unde radio, iar dispozitivul B transformă undele radio la 1010001, dansează un dans invers cu o tamburină și primește informația inițială. Și acum câteva detalii într-un limbaj distractiv și ușor de înțeles:
Alice a mers la cafeneaua lui Bob (telefonul tău era cu tine într-o cafenea cu Wi-Fi sau la un prieten). Ea a oprit muzica, a scos căștile (ai pornit wifi-ul la telefon) și l-a auzit imediat pe Bob țipând de la tejghea la toată cafeneaua, ca să poți auzi pe stradă:
Numele meu este Bob (rețeaua Wi-Fi ("Bob")), sunt aproape (nivel de semnal: excelent), după cafea încă pun pin (rata de transfer: 24,3 Mbps), mă protejez (Securitate: WPA2 PSK) și nu fac dă străini (protejat cu parolă).
„Un fel de idiot preocupat... Ei bine, orice este mai bun decât nimeni”, a gândit Alice și a salutat (când te conectezi la Wi-Fi, telefonul tău este prezentat în primul rând).
Bob s-a uitat la ea, a mijit ochii suspicios și a întrebat (introduceți parola): „Nu ne-am întâlnit până acum, de ce avem nevoie?”
„Pentru un vânzător într-o cafenea, asta este cumva prea nepoliticos...”, și-a remarcat Alice, dar nu a început să fie nepoliticos ca răspuns, ci pur și simplu a spus pe un ton ofensat că a venit să cumpere cafea cu o gogoașă. .
O, scuză-mă, te rog! Am atât de puțini CUMPĂRĂTORI în ultima vreme, în mare parte doar școlari vin să vadă. Da, și ziua în ansamblu este proastă, așa că s-a rupt din întâmplare... Tu, pentru numele lui Dumnezeu, nu o lua la inimă, stai jos, voi face totul acum. Apropo, iată cardul nostru de reducere!
(După verificarea parolei, dacă totul este corect, routerul oferă telefonului dvs. un ID (cum ar fi agățarea unui autocolant pe frunte - vă va recunoaște dintr-o privire), apoi spune cheia de criptare a informațiilor transmise)
Mulți oameni își imaginează transmiterea informațiilor prin unde radio ca „De la punctul A la punctul B. În linie dreaptă”. De fapt, routerul trimite un semnal în toate direcțiile. Telefonul tau, fiind „in zona afectata” il prinde si raspunde si in toate directiile. Routerul preia semnalul etc. În acest sens (nu există mai multe conexiuni directe, ci doar un nor imens de unde radio mixte) toate dispozitivele care trimit informații de fiecare dată se prezintă, numesc destinatarul și abia apoi rostesc informația.
Adică, atât Alice, cât și Bob vor striga mereu în vârful vocii (chiar dacă unul lângă altul) ceva de genul „Alice to Bob [lyrashubvloobtslo (informații criptate)]”, „Bob to Alice [phtallk]”, „Bob”. Toată lumea [Numele meu este Bob (și denumit în continuare)] "," Bob Sara [aooooaroaoa] ".
Bluetooth și telefonia funcționează în același mod, protocoalele sunt doar diferite (regulile prin care părțile se prezintă, convin și interacționează în general).
Au vorbit despre principiile de bază ale transmisiei (DAC, ADC, codificare, unde radio, modulare și alte gadget-uri ale fizicii radio și ingineriei radio), dar de ce este posibilă transmisia?
Dacă, în general, este clar cum se transmite informația printr-un fir obișnuit (să spunem un semnal electric printr-un cablu SWD), atunci propagarea undelor radio este un proces care depinde în mare măsură de mulți parametri ai mediului și de configurația unda în sine (frecvență / lungime de undă).
De exemplu, transmiterea de informații în rețelele de fibră optică este posibilă datorită fenomenului de reflexie internă completă a luminii (lumina, după cum știm, este parțial o undă).
Unele unde se deplasează (să zicem aproximativ) direct de la sursă la receptor. Aceasta este așa-numita linie de vedere. Aici vom adăuga televiziunea și comunicațiile mobile menționate în întrebare. Ei bine, wifi-ul preferat al tuturor. Undele radio utilizate în ele aparțin domeniului VHF (unde ultrascurte), și deci microundelor (frecvențe super înalte).
Ce determină posibilitatea extinderii acestui interval? Din nou, din prezența obstacolelor. Diverse obstacole (pereți, tavane, mobilier, uși metalice etc.) situate între Wi-Fi și dispozitive pot reflecta/absorbi parțial sau semnificativ semnalele radio, având ca rezultat pierderea parțială sau totală a semnalului.
În orașele cu mai multe etaje, clădirile sunt principalul obstacol în calea semnalului radio. Prezența pereților plini (beton + armătură), tablă, tencuială pe pereți, cadre din oțel etc. afectează calitatea semnalului radio și poate degrada semnificativ performanța dispozitivelor Wi-Fi.
De ce se întâmplă asta? Deschidem un manual școlar de fizică și găsim fenomenul de difracție, a cărui condiție principală este măsurabilitatea lungimii de undă cu dimensiunea obstacolelor. Pentru același 4g, lungimea de undă este de 1 cm până la 10 cm (și acum să estimăm înălțimea și lungimea pereților clădirii cu cinci etaje). Prin urmare, ei încearcă să plaseze turnuri de comunicații mobile mai sus decât clădirile orașului, astfel încât valurile nu numai să se îndoaie în jurul obstacolelor (difracție), dar să cadă literalmente pe capetele noastre.
Dar nu uitați de puterea semnalului! Un semnal de putere redusă este mai probabil să cadă în uitare decât unul puternic.
Pe scurt, pentru profani:
1) Transmiterea semnalului prin aer (fără fire) este posibilă datorită prezenței unui astfel de fenomen fizic precum undele electromagnetice sau, pe scurt, undele radio. (De fapt, fără ele, chiar și viața este imposibilă - acesta este unul dintre fundamentele naturii). Cu mai bine de 100 de ani în urmă, omenirea a învățat să folosească undele radio pentru a transmite informații.
2) Cum se întâmplă în detaliu este foarte dificil și lung de explicat, deși unii au încercat aici. Ei bine, voi încerca și eu. Semnalele digitale (zerouri și unu) sunt special codificate, criptate și convertite. Informațiile redundante sunt eliminate dintr-un set de cifre (de exemplu, nu are rost să transmiteți multe zerouri sau unu la rând, puteți transmite doar informații despre câte sunt), apoi sunt amestecate într-un mod special și puțin se adaugă informații redundante - aceasta pentru a face posibilă recuperarea datelor pierdute (erorile de transmisie sunt inevitabile), apoi sunt modulate. În modulator, o anumită stare a undei radio este atribuită unui anumit set de unități și numere (cel mai adesea aceasta este o stare de fază și amplitudine). Cu cât succesiunea de numere pe care o codificăm este mai mică, cu atât este mai mare imunitatea la zgomot, dar se pot transmite mai puține informații pe unitatea de timp (adică rata de transfer de informații va fi mai mică). Apoi semnalul este transferat la frecvența dorită și trimis în aer. Conversia inversă are loc la receptor. În realitate, pentru diferite protocoale de transfer de informații se adaugă probleme suplimentare: criptare, codare de protecție, adesea semnalul modulat este din nou supramodulat (modulații ierarhice). Și totul pentru a crește viteza și calitatea transferului de informații. Cu cât sunt mai multe probleme, cu atât prețul dispozitivelor este mai mare, dar când un fel de protocol de transfer de informații devine larg răspândit și standard, prețul cipurilor începe să scadă, iar dispozitivele devin mai ieftine. Deci, Wi-max nu a fost cu adevărat lansat - inginerii diferitelor companii nu au putut să cadă de acord în niciun fel asupra standardizării, iar LTE a mers rapid în masă.
Diferența dintre transmisia semnalelor digitale și a semnalelor analogice este că semnalele digitale sunt transmise în pachete. Acest lucru permite transmițătorului și receptorului să funcționeze pe rând pe aceeași frecvență, precum și să distribuie semnalul între mai mulți utilizatori în același timp, astfel încât aceștia de obicei să nu-l observe. Unele protocoale permit mai multor transmițătoare diferite să funcționeze pe aceeași frecvență, iar metodele de modulare „fa față” problemelor de zgomot ridicat și recepție cu mai multe căi (acesta este atunci când mai multe copii multiple ale aceleiași undă radio lovesc receptorul, ceea ce este tipic pentru orașe).
Semnalele analogice (imagine și sunet) sunt pre-digitizate înainte de a fi transmise prin canale de comunicații digitale, adică sunt convertite într-o secvență de zerouri și unu, care, apropo, sunt și „batjocorite”: elimină informațiile inutile, cod din erori etc.
Metodele digitale de transmitere a informațiilor ne permit să folosim mai eficient și mai economic o resursă naturală limitată - spectrul de frecvență radio (colecția tuturor undelor radio posibile), dar, știți (să plângem), dacă extratereștrii ne găsesc vreodată semnalele digitale, este puțin probabil să le decodeze și să le înțeleagă - foarte totul este „întors”. Din același motiv, cel mai probabil nu le vom analiza semnalele.
Caracteristici generale ale procesului de colectare, transfer, prelucrare și acumulare a informațiilor.
1. Colectarea și înregistrarea informațiilor- aceasta este activitatea subiectului, în timpul căreia acesta primește informații despre obiectul de interes. Colectarea informațiilor poate fi efectuată fie de o persoană, fie cu ajutorul mijloacelor și sistemelor tehnice - hardware. De exemplu, utilizatorul poate obține informații despre circulația trenurilor sau avioanelor de unul singur, având studiat orarul, sau direct de la o altă persoană, sau prin intermediul unor documente întocmite de această persoană, sau folosind mijloace tehnice (ajutor automat, telefon etc. .) ... Sarcina de a colecta informații nu poate fi rezolvată izolat de alte sarcini, în special, sarcina de schimb de informații (transmitere).
Colectarea și înregistrarea informațiilor se organizează în diferite moduri:
§ Mecanizat (de exemplu: intrare de la tastatură);
§ Automatizat (introducerea de informații folosind dispozitive speciale (de exemplu: folosind un scaner, puteți introduce orice text și informații grafice și chiar text scris de mână; folosind o placă de sunet, un computer înregistrează sunetele muzicii și vocilor);
§ O metodă automată de organizare a colectării și înregistrării informațiilor prevede colectarea datelor direct de la senzori și transferul acestora pe un computer fără intervenție umană.
Transferul de informații este necesar pentru una sau alta distribuție a acesteia. Schema generală de transmisie este următoarea: sursa informaţiei - canalul de comunicare - receptorul (receptorul) informaţiei
Transferul de informații poate fi efectuat atât înainte de prelucrare, cât și după aceasta, deoarece Datele inițiale sunt de obicei prelucrate nu în locurile de origine, iar rezultatele prelucrării sunt utilizate de diferite organe de conducere care sunt situate la locul de prelucrare a informațiilor.
Transmisia se realizează folosind vehicule și canale de comunicare.
Principalele dispozitive de transmitere rapidă a informațiilor pe distanțe mari sunt în prezent telegraful, radioul, telefonul, emițătorul de televiziune, rețelele de telecomunicații bazate pe sisteme informatice.
Pentru a transmite informații folosind mijloace tehnice, se folosește un dispozitiv de codificare, conceput pentru a converti mesajul original al sursei de informații într-o formă convenabilă pentru transmitere, și un dispozitiv de decodare necesar pentru a converti mesajul codificat în cel original.
La transmiterea informațiilor, este necesar să se țină cont de faptul că informațiile pot fi pierdute sau distorsionate, adică. interferența este prezentă. Pentru a neutraliza interferența în transmiterea informațiilor, este adesea folosit un cod redundant de corectare a erorilor, care face posibilă restabilirea informațiilor originale chiar și în cazul unei anumite distorsiuni.
Transferul de informații între computere se realizează folosind rețele locale și globale. Transmisia LAN permite computerelor individuale să lucreze împreună, să rezolve o problemă folosind mai multe computere, să partajeze resurse și să rezolve multe alte probleme. Rețeaua globală oferă oportunități extraordinare pentru transmiterea de informații: e-mail, teleconferințe, serviciu de informare WWW, chat-uri etc.
3. Prelucrarea aritmetică și logică a informațiilor.
Procesarea datelor este un proces ordonat de transformare a acestuia în conformitate cu algoritmul de rezolvare a problemei. Prelucrarea aritmetică și logică a informațiilor poate fi efectuată de o persoană în „corp la mână” folosind diverse dispozitive tehnice, de exemplu, un calculator, sau folosind un computer folosind diverse programe care țin cont de particularitățile problemelor rezolvate.
Prin stadiul de prelucrare, informațiile pot fi:
Primar informația este informație care ia naștere direct în cursul activității obiectului și este înregistrată în stadiul inițial.
Secundar informația este informația care este obținută ca urmare a prelucrării informațiilor primare și poate fi intermediară și rezultantă.
Intermediar informația este utilizată ca intrare pentru calculele ulterioare.
Rezultat informaţia este obţinută în procesul de prelucrare a informaţiilor primare şi intermediare şi este utilizată pentru elaborarea deciziilor de management.
4. Stocarea informațiilor- este procesul de mentinere a informatiilor initiale intr-o forma care sa asigure emiterea datelor la cererea utilizatorilor finali in timp util. Stocarea informatiilor este organizata atat in memoria calculatorului, cat si pe suporturi tehnice (diverse discuri), pe hartie.
5. Transformarea informațiilorîntr-o formă convenabilă analizei sale.
După rezolvarea problemei procesării informațiilor, rezultatul ar trebui să fie transmis utilizatorilor finali în forma necesară.Această operațiune este implementată în cursul rezolvării problemei emiterii de informații. Emiterea de informații, de regulă, se realizează folosind dispozitive computerizate externe sub formă de texte, tabele, grafice etc.
În lumea modernă, sistemele de comunicare joacă un rol important în dezvoltarea lumii noastre. Canalele de transmitere a informațiilor încurcă literalmente planeta noastră, conectând diverse rețele de informații într-un singur internet global. Lumea minunată a tehnologiei moderne include descoperirile avansate ale științei și tehnologiei, care sunt adesea asociate cu posibilitățile uimitoare ale lumii cuantice. Este sigur să spunem că astăzi tehnologiile cuantice au intrat ferm în viața noastră. Orice tehnologie mobilă din buzunarele noastre este echipată cu un cip de memorie care funcționează folosind tunelul de încărcare cuantică. O astfel de soluție tehnică a permis inginerilor Toshiba să construiască un tranzistor cu poartă plutitoare în 1984, care a devenit baza pentru microcircuite moderne de memorie. Folosim astfel de dispozitive în fiecare zi, fără să ne gândim pe ce se bazează munca lor. Și în timp ce fizicienii își frământă creierul încercând să explice paradoxurile mecanicii cuantice, dezvoltarea tehnologică ia la bord posibilitățile uimitoare ale lumii cuantice.
În acest articol, vom lua în considerare interferența luminii și vom analiza cum să construim un canal de comunicare pentru transmiterea instantanee a informațiilor folosind tehnologii cuantice. Deși mulți cred că este imposibil să se transmită informații mai repede decât viteza luminii, cu abordarea corectă, chiar și o astfel de sarcină devine rezolvabilă. Cred că poți vedea singur.
Introducere
Cu siguranță mulți oameni știu despre fenomenul numit interferență. Fasciculul luminos este îndreptat către un ecran opac cu două fante paralele, în spatele căruia este instalat un ecran de proiecție. Particularitatea sloturilor este că lățimea lor este aproximativ egală cu lungimea de undă a luminii emise. Pe ecranul de proiecție este produsă o serie de franjuri de interferență întrețesute. Acest experiment, lansat de Thomas Jung, demonstrează interferența luminii, care a devenit dovada experimentală a teoriei ondulatorii a luminii la începutul secolului al XIX-lea.
Este logic să presupunem că fotonii ar trebui să treacă prin fante, creând două dungi paralele de lumină pe ecranul din spate. Dar, în schimb, pe ecran se formează multe dungi, în care alternează zone de lumină și întuneric. Ideea este că atunci când lumina se comportă ca o undă, fiecare fantă este o sursă de unde secundare. În locurile în care undele secundare ajung pe ecran în aceeași fază, amplitudinile lor se adună, ceea ce creează o luminozitate maximă. Și acolo unde undele sunt în antifază, amplitudinile lor sunt compensate, ceea ce creează o luminozitate minimă. O schimbare periodică a luminozității atunci când este suprapusă undelor secundare creează franjuri de interferență pe ecran.
Dar de ce lumina se comportă ca un val? La început, oamenii de știință au presupus că fotonii s-ar putea ciocni între ei și au decis să-i elibereze unul câte unul. În decurs de o oră, un model de interferență a reapărut pe ecran. Încercările de a explica acest fenomen au condus la presupunerea că un foton este divizat, trece prin ambele fante, iar ciocnirea de la sine formează un model de interferență pe ecran.
Curiozitatea oamenilor de știință era bântuită. Au vrut să știe prin ce fantă trece fotonul și au decis să observe. Pentru a dezvălui acest secret, în fața fiecărei fante au fost plasate detectoare, înregistrând trecerea unui foton. În cursul experimentului, s-a dovedit că fotonul trece printr-o singură fante, fie prin prima, fie prin a doua. Drept urmare, pe ecran au apărut două dungi paralele de lumină, fără nicio urmă de interferență. Observarea fotonilor a distrus funcția de undă a luminii, iar fotonii au început să se comporte ca niște particule! Atâta timp cât fotonii sunt în incertitudinea cuantică, ei se propagă ca undele. Dar când sunt observați, fotonii își pierd funcția de undă și încep să se comporte ca niște particule.
Apoi experimentul s-a repetat încă o dată, cu detectoarele pornite, dar fără înregistrarea datelor despre traiectoria fotonilor. În ciuda faptului că experimentul îl repetă complet pe cel precedent, cu excepția posibilității de a obține informații, după un timp a reapărut pe ecran un model de interferență de dungi deschise și întunecate.
Se dovedește că nu orice observație are un efect, ci doar astfel încât să se poată obține informații despre traiectoria fotonilor. Și acest lucru este confirmat de următorul experiment, când traiectoria mișcării fotonilor este urmărită nu cu ajutorul detectorilor instalați în fața fiecărei fante, ci cu ajutorul unor capcane suplimentare, de-a lungul cărora traiectoria mișcării poate fi restabilită fără interacționând cu fotonii originali.
Radieră cuantică
Să începem cu cel mai simplu circuit (aceasta este o reprezentare schematică a experimentului, nu o configurație reală).
Să trimitem un fascicul laser către o oglindă translucidă (PP)... De obicei, o astfel de oglindă reflectă jumătate din lumina incidentă asupra ei, iar cealaltă jumătate trece prin ele. Însă fotonii, fiind într-o stare de incertitudine cuantică, lovind o oglindă semitransparentă, aleg ambele direcții simultan. Apoi, fiecare rază este reflectată de oglinzi (1) și (2) lovește ecranul, unde observăm franjuri de interferență. Totul este simplu și clar: fotonii se comportă ca undele.
Acum să încercăm să înțelegem pe ce cale au parcurs fotonii - cea superioară sau cea inferioară. Pentru a face acest lucru, punem convertoare pe fiecare cale (DC)... Down-converter este un dispozitiv care, atunci când un foton îl lovește, generează 2 fotoni la ieșire (fiecare cu jumătate din energie), dintre care unul lovește ecranul ( foton de semnal), iar al doilea intră în detector (3) sau (4) (foton inactiv). După ce am primit datele de la detectoare, vom ști pe ce cale a parcurs fiecare foton. În acest caz, modelul de interferență dispare, pentru că am aflat exact unde s-au dus fotonii, ceea ce înseamnă că am distrus incertitudinea cuantică.
În continuare, vom complica puțin experimentul. Punem oglinzi reflectorizante în calea fiecărui foton „inactiv” și le direcționăm către a doua oglindă semitransparentă (în stânga sursei din diagramă). Trecerea celei de-a doua oglinzi semitransparente șterge informațiile despre traiectoria fotonilor inactiv și restabilește interferența (conform schemei interferometrului Mach Zehnder). Indiferent de care dintre detectoare este declanșat, nu vom putea afla pe ce cale au luat fotonii. Cu această schemă complicată, ștergem informațiile de selecție a căii și restaurăm incertitudinea cuantică. Ca rezultat, un model de interferență va fi afișat pe ecran.
Dacă decidem să stingem oglinzile, atunci „ inactiv» Fotonii vor lovi din nou detectoarele (3) și (4) și după cum știm, modelul de interferență va dispărea de pe ecran. Aceasta înseamnă că prin schimbarea poziției oglinzilor, putem schimba imaginea afișată pe ecran. Deci, puteți utiliza acest lucru pentru a codifica informații binare.
Puteți simplifica puțin experimentul și puteți obține același rezultat mutând oglinda translucidă pe parcurs. "Inactiv" fotoni:
Așa cum putem vedea "Inactiv" fotonii parcurg mai multă distanță decât omologii lor, care lovesc ecranul. Este logic să presupunem că, dacă imaginea de pe ecran este formată mai devreme, atunci imaginea rezultată nu ar trebui să corespundă dacă determinăm traiectoria fotonilor sau ștergem această informație. Dar experimentele practice arată contrariul - indiferent de distanță, imaginea de pe ecran corespunde întotdeauna acțiunilor efectuate cu inactiv fotonii. Conform informațiilor de pe wikipedia:
Principalul rezultat al experimentului este că nu contează dacă procesul de ștergere a fost efectuat înainte sau după ce fotonii au ajuns pe ecranul detectorului.O experiență similară este descrisă și în cartea lui Brian Green „Testura spațiului și spațiului”... Pare incredibil, schimbarea cauzalității. Să încercăm să ne dăm seama ce este.
Un pic de teorie
Dacă ne uităm la teoria relativității speciale a lui Einstein, pe măsură ce viteza crește, timpul încetinește, după formula:
Unde r este durata de timp, v este viteza relativă a obiectului.
Viteza luminii este valoarea limită, astfel încât pentru particulele de lumină (fotoni) în sine, timpul încetinește până la zero. Este mai corect să spunem pentru fotoni nu exista timp, pentru ei există doar momentul actual în care se află în orice punct al traiectoriei lor. Acest lucru poate părea ciudat, pentru că suntem obișnuiți să credem că lumina de la stelele îndepărtate ajunge la noi după milioane de ani. Dar cu IFR de particule de lumină, fotonii ajung la observator în același moment în timp, de îndată ce sunt emiși de stelele îndepărtate.
Faptul este că timpul prezent pentru obiectele staționare și obiectele în mișcare poate să nu coincidă. Pentru a reprezenta timpul, este necesar să se considere spațiu-timp ca un bloc continuu întins în timp. Feliile care formează blocul sunt momente de timp prezent pentru observator. Fiecare felie reprezintă spațiul la un moment dat din punctul său de vedere. Acest moment include toate punctele din spațiu și toate evenimentele din univers, care sunt prezentate observatorului ca petrecându-se simultan.
În funcție de viteza de mișcare, porțiunea de timp prezent va împărți spațiu-timp în unghiuri diferite. În direcția mișcării, felia prezentului este mutată spre viitor. În direcția opusă, felia timpului prezent este mutată în trecut.
Cu cât viteza de deplasare este mai mare, cu atât unghiul de tăiere este mai mare. La viteza luminii, secțiunea de timp prezent are un unghi maxim de deplasare de 45 °, moment în care se oprește și fotonii rămân într-un moment de timp în orice punct al traiectoriei lor.
Apare o întrebare rezonabilă, cum poate un foton să fie localizat simultan în diferite puncte ale spațiului? Să încercăm să ne dăm seama ce se întâmplă cu spațiul cu viteza luminii. După cum știți, pe măsură ce viteza crește, se observă efectul scurtării relativiste a lungimii, conform formulei:
Unde l este lungimea și v este viteza relativă a obiectului.
Nu este greu de observat că, la viteza luminii, orice lungime în spațiu va fi comprimată la dimensiunea zero. Aceasta înseamnă că în direcția de mișcare a fotonilor, spațiul este comprimat într-un punct mic de dimensiunea Planck, în care însăși conceptul de spațiu-timp dispare. Se poate spune despre fotoni nu exista spațiu, deoarece întreaga lor traiectorie în spațiu cu IFR de fotoni este la un moment dat.
Deci, acum știm că indiferent de distanța parcursă semnalși inactiv fotonii ajung concomitent la ecran şi la detectoare, deoarece din punct de vedere al fotonilor nu exista nici timp, nici spațiu. Având în vedere întricarea cuantică semnalizareși inactiv fotoni, orice impact asupra unui foton se va reflecta instantaneu în starea partenerului său. În consecință, imaginea de pe ecran trebuie să corespundă întotdeauna dacă determinăm traiectoria fotonilor sau ștergem această informație. Acest lucru oferă potențialul de transfer instantaneu de informații. Trebuie doar să țineți cont de faptul că observatorul nu se mișcă cu viteza luminii și, prin urmare, imaginea de pe ecran trebuie analizată după ce fotonii inactiv ajung la detectoare.
Implementare practică
Să lăsăm teoria în seama teoreticienilor și să revenim la partea practică a experimentului nostru. Pentru a obține o imagine pe ecran, trebuie să porniți sursa de lumină și să direcționați fluxul de fotoni pe ecran. Codarea informațiilor va avea loc la un obiect aflat la distanță, prin mișcarea unei oglinzi translucide pe drum inactiv fotonii. Se presupune că transmițătorul va codifica informațiile la intervale regulate, de exemplu, transmite fiecare bit de date într-o sutime de secundă.
O matrice digitală sensibilă poate fi folosită ca ecran pentru a înregistra direct modificările intercalate. Apoi, informațiile înregistrate trebuie amânate până când fotonii inactivi ajung la destinație. După aceea, puteți începe să analizați informațiile înregistrate una câte una pentru a obține informațiile transmise. De exemplu, dacă codificatorul se află pe Marte, atunci analiza informațiilor trebuie începută cu o întârziere de zece până la douăzeci de minute (exact cât durează lumina să ajungă pe planeta roșie). În ciuda faptului că analiza informațiilor se realizează cu un decalaj de zeci de minute, informațiile primite vor corespunde cu cele transmise de pe Marte la ora actuală. În consecință, împreună cu plasament aparatul va trebui sa instaleze un telemetru laser pentru a determina cu exactitate intervalul de timp din care este necesar sa se inceapa analiza informatiilor transmise.
De asemenea, trebuie avut în vedere faptul că mediul are un impact negativ asupra informațiilor transmise. Când fotonii trec prin spațiul aerian, are loc un proces de decoerență, crescând interferența în semnalul transmis. Pentru a elimina cât mai mult posibil influența mediului, semnalele pot fi transmise în spațiul exterior fără aer folosind sateliți de comunicații.
Prin organizarea comunicației bidirecționale, în viitor este posibil să construim canale de comunicare pentru transmiterea instantanee a informațiilor la orice distanță pe care o poate ajunge nava noastră spațială. Astfel de canale de comunicare vor fi esențiale dacă aveți nevoie de acces rapid la Internet în afara planetei noastre.
P.S. Există o întrebare pe care am încercat să o evităm: ce se întâmplă dacă ne uităm la ecran înainte ca fotonii goli să ajungă la detectoare? Teoretic (din punctul de vedere al teoriei relativității a lui Einstein), ar trebui să vedem evenimentele viitorului. Mai mult, dacă reflectăm fotonii inactivi dintr-o oglindă îndepărtată și îi trimitem înapoi, ne-am putea cunoaște propriul viitor. Dar, în realitate, lumea noastră este mult mai misterioasă, prin urmare, este dificil să dai răspunsul corect fără a efectua experimente practice. Poate că vom vedea viitorul cel mai probabil. Dar de îndată ce primim aceste informații, viitorul se poate schimba și poate apărea o ramură alternativă a evenimentelor (conform ipotezei interpretării pe mai multe lumi a lui Everett). Sau poate vom vedea un amestec de interferență și două dungi (dacă imaginea este formată din toate viitoarele posibile).
Necesitatea de a transfera informații pentru diferite obiecte se bazează în moduri diferite. Deci, într-un sistem automatizat de management al întreprinderii, aceasta este cauzată de faptul că colectarea și înregistrarea informațiilor este rareori separată geografic de prelucrarea acesteia. Procedurile de colectare și înregistrare a informațiilor sunt efectuate în mod tradițional la locurile de muncă, iar procesarea - într-un centru de calcul. Transferul de informații se realizează în diferite moduri: prin curier, poștă, livrare cu vehicule, transmisie de la distanță prin canale de comunicare. Transmiterea de la distanță prin canalele de comunicare scurtează timpul de transfer al datelor. Trebuie spus că pentru implementarea sa sunt necesare mijloace tehnice speciale. Anumite mijloace tehnice de colectare și înregistrare, culegând automat informații de la senzorii instalați la locurile de muncă, le transmit la un computer.
Interacțiunea dintre obiecte îndepărtate geografic se realizează prin schimbul de date. Livrarea datelor la o anumită adresă se realizează folosind rețele de transmisie a datelor. Să remarcăm faptul că în condițiile moderne prelucrarea distribuită a informațiilor a devenit larg răspândită, odată cu ϶ᴛᴏm rețelele de transmisie a datelor se transformă în rețele de informații și de calculatoare. Informatii si retele de calculatoare(IVS) reprezintă cea mai dinamică și eficientă ramură a tehnologiei automatizate pentru procesele de introducere, transmitere, procesare și emitere a informațiilor. Nu uitați că cea mai importantă legătură a IVS va fi canalul de transmisie a datelor, a cărui diagramă structurală este prezentată în Fig. 4.2.
Figura nr. 4.2. Schema structurală a canalului de transmitere a datelor: UPD - dispozitiv de pregătire a datelor; NKS - canal de comunicare continuă; DKS - canal de comunicare discret; UPD-uri - dispozitiv pentru creșterea fiabilității
Canalul de comunicare continuă (CCC) împreună cu modemurile care funcționează la capetele sale formează un canal de comunicație discret (DCS). În acest caz, DCS și dispozitivele de creștere a fiabilității (UPD) formează un canal de transmisie a datelor.
În NCS, elementele de date sunt transmise sub formă de semnale fizice, care sunt descrise prin funcții continue ale timpului. Este important de știut că majoritatea NCC-urilor nu sunt adecvate pentru transmiterea semnalelor care afișează date fără coordonare prealabilă. Merită spus că pentru o astfel de transformare sunt prevăzute dispozitive speciale - modemuri... Un modem este o combinație între un modulator și un demodulator. Prin intermediul modulator semnalul de informare afectează un anumit parametru al semnalului purtător, datorită căruia spectrul semnalului este deplasat la intervalul de frecvență pentru care se observă cea mai mică atenuare în NCS selectat. Operația inversă - trecerea de la un semnal modulat (semnal purtător) la un semnal modulator (semnal de informare) - realizează demodulator... Conceptul de DCS permite, făcând abstracție de la natura fizică a proceselor care au loc în NCS, să se reprezinte setul de NCS, iar modemurile la capetele acestuia ca un fel de „cutie neagră”, a cărei intrare este o secvență de simboluri de cod. - un mesaj de intrare. Acest mesaj de intrare poate fi un anumit text în rusă sau poate o secvență de zerouri și unu. În primul caz, ei spun că alfabetul de intrare al DCS este ϶ᴛᴏ alfabetul obișnuit al limbii ruse, în al doilea - un alfabet binar (sau cod binar).Exemple pentru alfabetul de ieșire pot fi descrise într-un mod similar. . În cel mai simplu caz, alfabetele la intrarea și la ieșirea BCS coincid. În practică, pot fi folosite și DCS cu alfabete de intrare și ieșire nepotrivite, iar alfabetele în sine sunt departe de a fi limitate la exemplele care au fost date (rusă și binară).Cel mai adesea, mai ales în cercetarea teoretică și practica rețelelor de calculatoare, DCS cu se consideră un alfabet binar.atunci când mesajele de intrare şi de ieşire sunt secvenţe de cod binar. Material publicat pe site-ul http: //
În sfârșit, completând descrierea generală a canalului de comunicare, luați în considerare UPD-urile. UPD-urile pot fi un echipament special conceput pentru a spori fiabilitatea transmiterii datelor, sau poate fi, mai ales în rețelele moderne de informații și calculatoare, un program special și computerul pe care se execută, poate fi atât un element al unui canal de comunicație. și un element al unui sistem de procesare a informațiilor... Paritatea poate fi folosită ca cea mai simplă modalitate de a crește fiabilitatea transmiterii informațiilor. Esența acestei metode este următoarea. La intrarea în canalul de comunicație, UPD numără numărul „1” într-o secvență de cod binar - mesajul de intrare. Dacă numărul „1” se dovedește a fi impar, „1” este adăugat la coada mesajului transmis, iar dacă nu, atunci „0”. La capătul de recepție al canalului de comunicație UPD, se face o numărare similară, iar dacă suma de control (numărul „1” din secvența codului primit) este impar, se ajunge la concluzia că informațiile au fost distorsionate în timpul transmisiei, în caz contrar, informațiile primite sunt recunoscute ca corect (nedistorsionat) În metoda descrisă, este utilizat un bit de verificare suplimentar. Acest lucru face posibilă detectarea unei erori de transmisie în cazul coruperii unui singur bit din mesaj. Această metodă foarte simplă este utilizată la transferul de date pe distanțe lungi. În cazurile în care probabilitatea de denaturare a informațiilor în timpul transmiterii este mare, sunt necesare metode mai sofisticate, a căror luare în considerare necesită cunoștințe speciale (în primul rând cunoștințe despre teoria probabilității) și depășește scopul prezentării noastre. Dar chiar și în ultimele cazuri, când se folosește așa-numita codare de corectare a erorilor, este foarte adesea posibil să se evidențieze o anumită parte care conține simbolurile secvenței de informații originale și să se verifice biții (pot fi mai mulți dintre ei, spre deosebire de exemplul nostru).informații, dar în unele cazuri să o corecteze. Cu paritate, singura modalitate de a obține informații valide este prin retransmiterea mesajului. În cazul codurilor de corectare, care este foarte important la un cost de transmisie ridicat, este posibilă corectarea erorilor la capătul de recepție al canalului de comunicație, evitându-se astfel retransmiterea informațiilor.
Atât informația primară din locurile de origine, cât și cea rezultată în sens opus pot fi transmise de la distanță. În acest caz, informațiile rezultate sunt afișate pe diverse dispozitive: afișaje, plăci, imprimante. Primirea informațiilor prin canalele de comunicare în centrul de procesare se realizează în principal în două moduri: pe un suport de mașină și direct într-un computer folosind software și hardware special.
Transmisia de la distanță evoluează și se îmbunătățește constant.
Trebuie remarcat faptul că metoda de transfer a informațiilor este de o importanță deosebită în sistemele interramificate cu mai multe niveluri, unde utilizarea transmisiei de la distanță accelerează semnificativ trecerea informațiilor de la un nivel de control la altul și reduce timpul total de procesare a datelor.
Codarea mașinii- procedura de reprezentare (înregistrare) pe mașină a informațiilor pe suportul mașinii în coduri acceptate în calculatoare. O astfel de codificare a informațiilor se realizează prin transferul datelor documentelor primare pe discuri magnetice, informațiile din care sunt apoi introduse într-un computer pentru procesare.
Scrierea informațiilor pe mediile computerizate este o operațiune laborioasă, în timpul căreia apare cel mai mare număr de erori. Prin urmare, operațiunile de control a înregistrării prin diferite metode sunt efectuate în mod necesar pe dispozitive speciale sau pe un computer. Mediile de mașină pregătite și monitorizate sunt stocate în următoarea subdiviziune a centrului de procesare, unde sunt înregistrate, asamblate, precum și emise pentru procesarea și rezolvarea problemelor pe un computer.
