Помогите решить задачи по физике !

Давайте решим каждую задачу по очереди.

▎Вопрос 1:

Для нахождения мощности излучаемого света используем формулу:

P = E ⋅ f


где:

• P — мощность,

• E — энергия одного фотона,

• f — частота импульсов.

1. Найдем энергию одного фотона:
Энергия фотона определяется формулой:

E = hc / λ


где:

• h — постоянная Планка (6.626 × 10⁻³⁴ Дж ⋅ с) ,

• c — скорость света (3 × 10⁸ м/с) ,

• λ — длина волны в метрах (1.55 мкм = 1.55 × 10⁻⁶ м) .

Подставим значения:

E = (6.626 × 10⁻³⁴ Дж ⋅ с) (3 × 10⁸ м/с) / 1.55 × 10⁻м} ≈ 1.28 × 10⁻¹⁹Дж


2. Найдем мощность:
Частота следования импульсов равна f = 5 МГц = 5 × 10⁶ Гц . Импульсы содержат по 0.1 фотона, значит, средняя мощность будет:

P = E ⋅ f ⋅ n


где n = 0.1 .

Подставим значения:

P = (1.28 × 10⁻¹⁹Дж) (5 × 10⁶) (0.1) = 6.4 × 10⁻¹⁴Вт


Таким образом, мощность излучаемого света составляет 6.4 × 10⁻¹⁴ Вт .

---

▎Вопрос 2:

Для нахождения максимального расстояния квантового распределения ключа по протоколу B84 используем формулу для потерь в канале:

1. Потери в канале:
Потери в дБ можно выразить через коэффициент потерь:

• Потери на километр: 0.3 дБ/км = 10^(-(0.3)/10) = 0.7079

2. Эффективность детекторов:
Эффективность детекторов составляет 10% = 0.1.

3. Скорость генерации ключа:
Скорость генерации ключа равна 5 кбит/с = 5000 бит/с. Поскольку один бит требует одного фотона (по условию задачи), то мы можем предположить, что потребуется один фотон на каждый бит.

4. Максимальное расстояние:
Для того чтобы передать n = 5000 фотонов за секунду при потере в 0.3 дБ/км:

Мы можем использовать уравнение:

Lₘₐₓ = -10 / α log₁₀((n / Eₑ}}))


где E(eff) = n(фотоны) * E_(детектора) = n * 0.1.

Таким образом, потери составляют:

• Для каждой передачи:

• Потери составляют L = Lₘₐₓ * (0.7079)ᴸ.

В результате получаем максимальное расстояние для передачи ключа.

---

▎Вопрос 3:

Для нахождения доли фотонов, достигнувших Боба, воспользуемся формулой для потерь в оптоволокне:

1. Потеря в дБ:
Потери составляют 0.3 дБ/км, и длина канала составляет L = 100 км.

2. Общие потери:
Общие потери в дБ будут равны:

Lₜₒₜₐₗ = (0.3дБ/км) * (100км) = 30дБ


3. Потеря мощности:
Доля фотонов, которые достигнут Боба, определяется как:

T = 10^(-Lₜₒₜₐₗ / 10) = 10^(-30 / 10) = 10⁻³ = 0.001


Таким образом, доля фотонов, достигнувших Боба, составляет 0.1% или 1/1000 от отправленных фотонов.

Если вам нужно более подробное объяснение или уточнение по какой-либо из задач, пожалуйста, дайте знать!