Quantum teleportálás: a nagy felfedezések fizikusok

Quantum teleportálás egyik legfontosabb protokollok kvantum információkat. A fizikai erőforrások zavart, ez a fő eleme a különböző információs feladatokat, és fontos része a kvantum technológia játszik kulcsfontosságú szerepet a további fejlesztése a kvantum számítástechnika, hálózati és kommunikációs.

Sci-fi a tudományos felfedezések

Már több mint két évtized óta a felfedezés kvantum teleportáció, ami talán az egyik legérdekesebb és legizgalmasabb következményei „furcsasága” a kvantummechanika. Mielőtt ezek történtek nagy felfedezések, ez az ötlet egyértelműen birodalmában sci-fi. Először találta ki 1931-ben Charles H. Fort kifejezés „teleportáció” azóta leírására használják a folyamat, amelynek során a test és a tárgyak kerülnek át egyik helyről a másikra, ez nem igazán legyőzni a távolságot.

1993-ban megjelent egy cikk leírja a protokoll kvantum információ, az úgynevezett „kvantum teleportáció”, aki megosztott néhány a fent felsorolt tünetek. Ez ismeretlen állapotban egy fizikai rendszer mérjük, majd sokszorosítani vagy „újra lesz” a távoli hely (a fizikai elemeket az eredeti rendszer a helyén marad átutalás). Ez a folyamat a klasszikus kommunikációs eszközök és kiküszöböli superluminal kommunikáció. Szükség van egy élete zavart. Tény, hogy a teleportálás lehet tekinteni, mint egy protokoll kvantum információ, hogy a legtöbb egyértelműen bizonyítja a természet a zavart: jelenléte nélkül egy állam az átutalás nem lenne lehetséges keretében a törvényeket, amelyek leírják a kvantummechanika.

Teleportation játszott aktív szerepet a fejlesztés a tudomány információkat. Egyrészt, ez egy elvi protokoll, amely döntő szerepet játszik a fejlesztés formális kvantum információ elmélet, másrészt ez egy alapvető összetevője számos technológia. A kvantum repeater - kulcsfontosságú eleme a hosszú távú kommunikációt. Teleportation kvantum kapcsolók, alapuló számítási mérések és kvantumhálózat - mind ezek származékai. Arra használják, mint egy egyszerű eszköz a tanulmány az „extrém” a fizika, az ideiglenes görbék és párolgás a fekete lyukak.

Ma kvantum teleportáció megerősítette a világ laboratóriumaiban segítségével különféle hordozók és technológiák, beleértve a fotonikus qubit, mágneses magrezonancia, optikai mód, atomcsoporttípussal, a csapdába esett atomok és a félvezető rendszereket. Kiváló eredményeket értünk el a teleportálás tartományban elkövetkező kísérletek műholdak. Emellett kísérletet tettek, hogy fokozzák a bonyolultabb rendszereket.

teleportálás a qubit

Quantum teleportációs írták le először a két-szintű rendszert, az úgynevezett qubit. Jegyzőkönyv tekintve két távoli fél, az úgynevezett Alice és Bob, akik osztoznak kvantumbit 2, A és B tiszta kusza állapotban, más néven Bell pár. A bejáratnál Alice adott egy qubit és akinek az állapota ρ ismeretlen. Ezután elvégzi a közös kvantum mérés, az úgynevezett felfedezés Bell. Hordoz, és egy az egyik a négy Bell államok. Ennek eredményeként, a bemeneti állapot a qubit mérve Alice eltűnik, és Bob B Qubit egyidejűleg vetített P ^† _k ρP _k. Az utolsó lépésben protokoll Alice továbbítja a klasszikus eredményeként a mérési Bob, aki érvényes Pauli _Pk szereplő visszaállítani az eredeti ρ.

A kezdeti állapota olyan kvantumbit Alice tartják anonim, mert különben a protokoll redukáljuk a távoli mérési. Ezen kívül maga is része egy nagyobb, összetett rendszer, megosztva egy harmadik fél (ebben az esetben sikeres a teleportálás összes igényel lejátszás korrelációt e harmadik fél).

Egy tipikus kísérletben a kvantum teleportáció veszi tiszta eredeti állapotában tartozó korlátozott ábécé például hat pólus a Bloch gömb. Jelenlétében dekoherencia minősége a rekonstruált állapotban lehet kifejezni mennyiségileg pontos teleportációs F ∈ [0, 1]. Ez a pontosság államok között az Alice és Bob átlagában, mind az észlelési eredmények a Bell és az eredeti ábécé. A kis értékek pontosságának módszer létezik, amely lehetővé teszi a tökéletlen teleportálás nélkül bonyolult erőforrás. Például Alice közvetlenül méri az eredeti állapotába küldött Bob előállítására a kapott állami. Ez a mérés-képzési stratégiát nevezik „klasszikus teleportálás”. Van egy maximális pontossága F _osztályú = 2/3 bármely bemeneti állapot, az egyenértékű alfabetikus kölcsönösen pártatlan feltételeket, mint például a Bloch gömb hat pólusok.

Így egyértelműen jelzi a használata kvantum források egy precíziós érték F> F _osztály.

Nem egy kvantumbit

Szerint a kvantumfizika, teleportáció a qubit nincs korlátozva, ez lehet például egy többdimenziós rendszert. Minden egyes véges mérték d formulázható ideális rendszer teleportációs segítségével alapján maximálisan összekuszált állapotban vektorok nyerhetők egy adott maximálisan kusza állami és egy alapon {U _k} egységes szereplők kielégítő ^{_{tr (U † j U k)}} = dδ j, k . Egy ilyen protokoll lehet kialakítani bármely véges-Hilbert-tér r. N. diszkrét változó rendszerek.

Továbbá a kvantum teleportálás is vonatkozik a végtelen Hilbert tér, az úgynevezett folyamatosan változó rendszer. Általános szabály, hogy azok által megvalósított optikai bozon mód, az elektromos mező, amely leírható kvadratúra- szereplők.

Sebesség és bizonytalansági elv

Mi az a sebesség kvantum teleportáció? Információ továbbítása sebességgel hasonló továbbítás sebességét az azonos számú klasszikus - esetleg a fény sebessége. Elméletileg így felhasználhatók, hogyan klasszikus nem lehet - például a kvantum számítástechnika, ahol az adatok csak a címzett.

Nincs kvantum teleportáció sérti a határozatlansági? A múltban az ötlet teleportálás nem igazán veszik komolyan a tudósok, mert azt hitték, hogy ez sérti az megtiltja bármilyen mérő vagy szkennelési folyamat kivonat minden információt atom vagy más tárgy. A elvével összhangban a bizonytalanság, annál pontosabb az objektum vizsgálata, annál inkább befolyásolja a szkennelési folyamat, amíg elér egy pontot, amikor az eredeti állapot az objektum zavarta, hogy olyan mértékben, hogy több nem lehet elegendő információt szerzett, hogy hozzon létre egy replika. Úgy hangzik meggyőző: ha egy személy nem tudja információk kinyerése az objektumot létrehozni tökéletes másolatok, az utóbbi nem lehet megtenni.

Quantum Teleportation kezdőknek

De a hat tudós (Charles Bennett, Zhil Brassar, Claude Crépeau, Richard Dzhosa, Asher Peres és Uilyam Vuters) találtak egy út körül ezt a logikát, egy ünnepelt és paradox vonása kvantummechanika néven Einstein-Podolsky-Rosen. Megtalálták a módját, hogy átvizsgálja az információkat elteleportálta A tárgy, a fennmaradó rész nem tesztelt keresztül hatását átutalás más objektumok érintkező Egy sosem maradok.

Ezt követően, a vonatkozó expozíciós C függő beolvasott adatokat be kell vinni az állam A beolvasni. És maga nem ugyanolyan állapotban, mint a fordított szkennelési folyamat, így elért teleportálás nem replikáció.

A harc a tartomány

• Az első kvantum teleportálás 1997-ben történt, szinte egy időben a tudósok a University of Innsbruck és a University of Rome. A kísérlet során egy fotont energiaforrással rendelkezik, amelynek polarizációs, és az egyik egy pár összekuszált fotonok megváltozott úgy, hogy a második eredeti polarizációs foton kapott. Így mind a fotonok egymástól bizonyos távolságra.
• 2012-ben a rendszeres kvantum teleportáció (China University of Science and Technology) révén alpesi tó, a parttól 97 km. A kutatócsoport a Shanghai által vezetett Juan Iinem sikerült egy szuggesztív mechanizmust, amely lehetővé tette, pontosan célzott sugár.
• Szeptemberben rekord kvantum teleportálás 143 km végeztük ugyanabban az évben. Osztrák tudósok a Tudományos Akadémia, Ausztria és a Bécsi Egyetem irányítása alatt Antona Tsaylingera sikeresen továbbított kvantumbit két szigetek La Palma és Tenerife. A kísérlet során két optikai kommunikációs vonalak a nyitott, kvantumnaya és a klasszikus, gyakorisága korrelálatlan polarizációs kusza pár fotonok források, sverhnizkoshumnye egyfotonos detektorok és a tengelykapcsoló óra szinkronizálás.
• 2015-ben a kutatók az amerikai National Institute of Standards and Technology először tette az információk átadását távolságon keresztül több mint 100 km-es optikai szál. Ez tette lehetővé, hogy az intézet létrehozott foton detektor segítségével szupravezető nanoszálak molibdénszilicidből.

Nyilvánvaló, hogy az ideális egy kvantum rendszer vagy technológia még nem létezik, és a nagy felfedezések a jövő még csak most jön. Ennek ellenére azt megpróbálják azonosítani lehetséges jelöltek speciális alkalmazásokhoz teleportáció. Alkalmas hibridizáció azokat, feltéve, következetes és módszerek a leginkább ígéretes jövő kvantum teleportálás és alkalmazásai.

rövid távolságokon

Teleportálás egy rövid távolságra (1 m), mint egy kvantumszámítás alrendszer ígéretes félvezető eszközök, a legjobb, ami egy diagram a QED. Különösen szupravezető qubit transmonovye tudja garantálni a determinisztikus és a rendkívül pontos teleportálás chip. Azt is lehetővé teszi a közvetlen áramlás a valós idejű, amely úgy tűnik problematikusnak fotonikus chipek. Ezen kívül, adnak egy skálázható architektúra, és a jobb integráció a meglévő technológiák, mint az előző megközelítések, például csapdába ionok. Jelenleg az egyetlen hátránya az ilyen rendszerek látszólag korlátozott koherencia idejét (<100 ms). Ez a probléma megoldható a QED integráció félvezető áramkörök pörögni ensemble memória sejtek (nitrogén-szubsztituált üres helyek vagy kristály adalékolt ritka földfémek), amely biztosítja a hosszú koherencia ideje a kvantum adattároló. Jelenleg ez az elhelyezés kérdése nagyobb erőfeszítéseket a tudományos közösség.

Város kapcsolat

Us teleportálni a város skála (több kilométer) lehetne kidolgozni az optikai mód. Megfelelően alacsony veszteség, ezek a rendszerek nagy sebességet és sávszélességet. Ezeket ki lehet terjeszteni az asztali megvalósítások közepes tartományban működő rendszerek az éteren vagy optikai szál, a lehetséges integráció együttese kvantum memória. Nagy távolságokra is, de alacsonyabb sebességet lehet elérni egy hibrid megközelítés, vagy a már kialakult helyes átjátszók alapján nem Gauss folyamatok.

távközlés

Hosszú távú kvantum teleportáció (több mint 100 km), aktív területen, de még mindig szenved a nyitott probléma. Polarizáció qubit - a legjobb hordozók alacsony sebességű teleport hosszú száloptikai kommunikációs vonalak és a levegőben, de abban a pillanatban a protokoll egy valószínűségi miatt hiányos érzékelés Bella.

Bár valószínűségi teleportálás és a rabság alkalmasak alkalmazások, mint például a lepárlás áthurkolódásának és Kvantumkriptográfia, de egyértelműen eltér a kommunikáció, amelyben a bemenő adatokat kell teljes mértékben megmarad.

Ha elfogadjuk ezt a valószínűségi jellege miatt, a végrehajtás a műhold belül elérheti a modern technológiákat. Amellett, hogy az integráció a nyomon követési módszerek, a fő probléma a magas által okozott veszteségek terjedése a gerenda. Ezt meg lehet oldani olyan konfigurációban, beakasztózóna eloszlik a műhold, hogy a földi teleszkóp egy nagy fényerejű. Feltételezve, műholdas nyílás 20 cm-nél 600 km magasságban, és 1 m nyílás teleszkóp a földön, lehet számítani körülbelül 75 dB-veszteség egy lefelé irányuló csatorna, amely kisebb, mint 80 dB-veszteség a talaj szintjén. Megvalósítása a „föld műhold” vagy „társ műhold” bonyolultabbak.

kvantum memória

Jövőbeli felhasználásának teleportálás részeként skálázható hálózati közvetlenül kapcsolódik annak integrálása a kvantum memória. Az utóbbi kell legyen a hatékonyság szempontjából átalakítás interface „sugárzás-ügy”, pontossága írási és olvasási, az idő és a tárolási kapacitás, nagy sebesség és tárolókapacitás. Először is lehetővé teszi, hogy ismétlőjeként kommunikáció javítása messze túl a közvetlen átvitel a hibajavító kódok. A fejlesztés egy jó kvantum memória lehetővé tenné nemcsak terjeszteni terei és teleportálás hálózati kommunikáció, hanem a csatlakoztatott feldolgozni tárolt információt. Végső soron ez válhat a hálózat nemzetközi terjesztésű kvantum számítógép vagy a jövőben alapként kvantum interneten.

ígéretes fejlesztések

Nukleáris együttesek hagyományosan vonzó, mert a hatékony átalakítása a „fény-anyag” és azok milliszekundum ideig tartó tárolás esetén, amely lehet akár 100 ms szükséges fényt világszerte. Azonban több fejlett megoldások ma már elvárják alapján félvezető rendszereket, ahol kiváló centrifugálás ensemble kvantum memóriát közvetlenül integrálható a skálázható architektúra áramköri QED. Ez a memória nem csak meghosszabbítja a koherencia idő áramkör QED, hanem, hogy az optikai-mikrohullámú interfész egymásba optikai távközlés és a chip mikrohullámú fotonok.

Ezért a jövőbeni felfedezések a tudósok területén a kvantum internet valószínűleg alapuló hosszú távú optikai kommunikáció, konjugált félvezető egységeket kvantum információ feldolgozása.