Kvantinė teleportacija: didieji atradimai fizikų

Kvantinė teleportacija yra vienas iš svarbiausių protokolų kvantinės informacijos. Remiantis fizinių išteklių painiavos, tai yra pagrindinis elementas įvairių informacinių užduotis ir atstovauja svarbų vaidmenį kvantinės technologijos vaidina labai svarbų vaidmenį toliau plėtojant kvantinių kompiuterių, tinklų ir komunikacijų.

Iš mokslinės fantastikos į mokslo atradimų

Tai buvo daugiau nei du dešimtmečius nuo kvantinės teleportacijos atradimą, kuris yra turbūt vienas iš įdomiausių ir įdomių pasekmių "keistumo" kvantinės mechanikos. Prieš tai buvo puikių atradimų, ši idėja priklausė mokslinės fantastikos sričiai. Pirma išrastas 1931 Charles H. Fort terminas "teleportacijos", nes buvo naudojamas apibūdinti procesą, kuris organizme ir objektai yra perkeliami iš vienos vietos į kitą, tai tikrai ne įveikti atstumą tarp jų.

1993 metais jis paskelbė straipsnį, aprašantį kvantinės informacijos protokolą, pavadintą "Quantum teleportacija", kuris dalijasi kai vienas iš pirmiau išvardytų simptomų. Tai nežinoma būsena fizinės sistemos matuojamas ir vėliau atgaminti, arba "naujo vyksta" nuotolinio svetainėje (fiziniai elementai originalaus sistemos likti vietoje pavedimu). Šis procesas reikalauja klasikinių ryšio priemonėmis ir pašalina superluminal bendravimą. Jis reikalauja supainioti gyvenimą. Tiesą sakant, teleportacija gali būti žiūrima kaip kvantinės informacijos, kad dauguma aiškiai rodo, kad painiavos pobūdį protokolą: be iš perdavimo valstybės buvimas būtų neįmanoma pagal įstatymus, kurie apibūdina kvantinės mechanikos pagrindu.

Teleportacija suvaidino aktyvų vaidmenį informacijos mokslo plėtrai. Viena vertus, tai yra konceptualus protokolas, kuris vaidina svarbų vaidmenį formalaus kvantinės plėtros informacijos teorija, ir, kita vertus tai yra pagrindinė sudedamoji daugelio technologijas. Kvantinė kartotuvas - pagrindinis elementas tolimojo ryšio. Teleportacijos kvantinės jungikliai, skaičiavimo remiantis matavimų ir kvantinio tinklo, - visi jie jų dariniai. Jis naudojamas kaip paprastas įrankis iš "Extreme" iš fizikos, dėl laikinų kreivių ir garavimo tyrimo juodųjų skylių.

Šiandien kvantinė teleportacija patvirtino laboratorijose visame pasaulyje, naudojant substratų ir technologijas, įskaitant fotoninių kubitų, branduolinio magnetinio rezonanso, optikos režimais, grupių atomų, spąstais atomų ir puslaidininkių sistemų įvairovė. Puikių rezultatų buvo pasiekta per teleportacija nuotolio artimiausiais eksperimentų su palydovais. Be to, buvo stengiamasi sumažinti iki daugiau sudėtingų sistemų.

teleportacija iš kubitų

Kvantinė teleportacija pirmą kartą buvo aprašyta dviejų lygių sistemos, vadinamųjų kubitų. Protokolas svarsto dviejų nutolusių šalių, vadinamas Alisa ir Bobas, kurie dalijasi kubitas 2, A ir B yra gryno įsipainiojęs valstybės, taip pat vadinamas Bell pora. Prie įėjimo į Alice dar vieną kubitas ir kurių būklė ρ yra nežinoma. tada ji atlieka bendrą kvantinį matavimą, vadinama Bell atradimą. Ji vykdo ir vienoje iš keturių Bell narių. Kaip rezultatas, įvesties būklė kubito, kai matuojamas Alisa išnyksta ir Bobas B tuo pačiu metu Qubit prognozuojama P ^† _k ρP _k. Per pastarąjį protokolą žingsnio Alisa perduoda klasikinę rezultatą savo matavimo Bob, kuris taikomas Pauli P _k operatorių atkurti originalų ρ.

Pradinė būsena kubito Alice laikomas anoniminė, nes priešingu atveju protokolas yra sumažinama iki jo nuotolinio matavimo. Be to, jis gali pats būti dalis didesnės sudėtinio sistemos, bendra su trečiąja šalimi (šiuo atveju sėkmingos teleportacijos visi reikalauja atkūrimo koreliacijas su šia trečiąja šalimi).

Tipiškas eksperimentas kvantinės teleportacijos trunka grynas pradinę būseną ir priklausymo riboto abėcėlės, pavyzdžiui, šešis polius Bloch srityje. Į decoherence kokybės rekonstruojamos būklės buvimą gali būti išreikštas kiekybiškai tikslią teleportacija F ∈ [0, 1]. Toks tikslumas tarp valstybių Alice ir Bob, vidutiniškai per visus aptikimo rezultatų Bell ir originalaus abėcėlės. Dėl mažų reikšmių metodų tikslumą egzistuoja, leidžianti netobulos teleportacijos be sudėtingų išteklių. Pavyzdžiui, Alisa gali tiesiogiai išmatuoti savo pradinę būklę, siųsdami Bob už gauto valstybės paruošimo. Šis matavimas-mokymo strategija vadinama "klasikiniu teleportacija." Ji turi maksimalų tikslumą F _klasės = 2/3 dėl bet kokios įvesties būklę, ekvivalentinės abėcėlę abipusiai nešališkas sąlygas, kaip antai Bloch srityje šešis polius.

Taigi, aiškiai rodo, kad kvantinės išteklių naudojimo yra precizinis vertė F> F _klasės.

Ne vieną kubitas

Pasak kvantinės fizikos, teleportacija ir kubitų neapsiriboja, ji gali apimti kelių dimensijų sistemą. Kiekvienam baigtinių D priemonė gali būti formuluojamas idealus schema teleportation naudojant pagrindu maksimaliai įsipainiojusius plaukus, Vektorius būklės, kuri gali būti pagaminti iš tam tikros maksimaliai įsipainiojęs narė ir pagrindą {U _k} vienetinė operatoriai, atitinkantys ^{_{tr (U † j U K)}} = dδ j, k , Toks protokolas gali būti apskaičiuota pagal bet koks galutinio-Hilberto erdvėje r. N. diskrečiųjų kintamųjų sistemos.

Be to, kvantinė teleportacija galima taikyti sistemų begalybės Hilberto erdvė, vadinamų Nuolat kintantys sistemos. Kaip taisyklė, jie suprato, optinėmis Bozonas režimų, elektros srityje, kuri gali būti apibūdinta kvadratines operatorius.

Greitis ir neapibrėžtumo principas

Kas yra kvantinės teleportacijos greitis? Informacija perduodama greičiu panašus į perdavimo pat klasikinės greitis - galbūt su šviesos greičiu. Teoriškai, taigi jis gali būti naudojamas, kaip klasikiniu negali - pavyzdžiui, kvantinio skaičiavimo, kur duomenis galima gauti tik gavėjui.

Ar kvantinė teleportacija pažeidžia neapibrėžtumo principas? Anksčiau iš teleportacijos idėja yra tikrai rimtai mokslininkų, nes buvo tikima, kad jis pažeidžia uždrausti bet kokį matavimo arba nuskaitymo procesą išgauti visą informaciją atomą arba kitą objektą principą. Pagal neapibrėžtumo principo, tikslesnis objektas yra nuskaitomi, tuo labiau ji įtakoja skenavimo procesą, kol bus pasiektas taškas, kai pradinę būseną objekto sutrikdyta iki tokio laipsnio, kad daugiau negali būti gauta pakankamai informacijos, kad sukurti replika. Tai skamba įtikinamai: jei žmogus negali išgauti informaciją iš objekto sukurti puikias kopijas, pastarasis negali būti padaryta.

Kvantinė Teleportacija for Dummies

Tačiau šeši mokslininkai (Charles Bennett, Zhil Brassar Claude Crépeau Richard Dzhosa, Asher Peres ir Uilyam Vuters) rado būdą, kaip išspręsti šią logiką, naudojant švenčiama ir paradoksalią savybę kvantinės mechanikos žinomas kaip Einšteino-Podolsky-Rosen. Jie rado būdą, kaip nuskaityti informacijos teleportuotas daiktui, o likę neištirtų dalį per pervedimo kitų objektų poveikio į kontaktą su niekada laikytis.

Vėliau, kreipdamasis į C poveikio priklausomas nuskaitytą informaciją gali būti įrašytas į valstybės A nuskaityti. Ir pats yra ne tokios pat būklės kaip ir atvirkštine skenavimo procesą, tokiu būdu pasiekti yra teleportacija, o ne replikacija.

Kova už intervalo

• Pirmasis kvantinė teleportacija vyko 1997 beveik tuo pačiu metu mokslininkai iš Insbruko universiteto ir Romos universitete. Eksperimento metu fotonas šaltinis, kurio poliarizaciją, o vienas iš įsipainiojęs fotonų porą buvo pakeistas taip, kad gavo antrą originalus poliarizacija fotonų. Tokiu būdu abi fotonų yra išdėstyti vienas nuo kito.
• 2012 metais, ten buvo reguliariai kvantinės teleportacijos (Kinijos universiteto mokslo ir technologijų), per Alpių ežero esant 97 km atstumu. Mokslininkų iš Šanchajaus pradėta Juan Iinem komanda sugebėjo sukurti įtaigų mechanizmą, kuris leido tiksliai tikslinę spindulį.
• Rugsėjo rekordinis kvantinės teleportacijos ant 143 km buvo atliktas tais pačiais metais. Austrijos mokslininkai iš mokslų Austrijos akademijos ir Vienos universiteto prie LR ANTONA Tsaylingera kryptimi sėkmingai perduoti kvantines būsenas tarp dviejų Kanarų salas La Palma ir Tenerife. Eksperimentas naudojamas dviejų optinių ryšio linijas ant atviros, kvantumnaya ir klasikiniu, dažnis uncorrelated poliarizacijos susivėlęs poros fotonų šaltinių, sverhnizkoshumnye vieno fotonų detektorius ir sankabos laikrodžio sinchronizacija.
• 2015, mokslininkai iš JAV nacionalinio instituto standartų ir technologijos pirmą kartą tapo informacijos perdavimą per daugiau nei 100 km optinio pluošto atstumo. Tai tapo įmanoma dėka instituto sukurtą fotonų detektorius naudojant superlaidžiuosius Nanowires dalį sudaro molibdeno silicide.

Akivaizdu, kad dar neegzistuoja Kvantinė sistema arba technologijos idealus ir didieji atradimai ateityje dar ateis. Nepaisant to, mes galime pabandyti nustatyti galimas kandidatūras konkrečių prašymų teleportacija. Tinka hibridizacija jiems teikiama nuoseklų pagrindą ir metodai gali suteikti labiausiai perspektyvus už kvantinės teleportacijos ir jos taikymas.

trumpi atstumai

Teleportacija trumpas atstumas (1 m), kaip kvantinis skaičiavimas posistemio perspektyviausių puslaidininkiniams įtaisams, geriausias iš jų yra QED schema. Visų pirma, superlaidžiuose kubitų transmonovye gali garantuoti deterministinis ir labai tikslią Teleportacija lustą. Jie taip pat leidžia tiesiogiai srautą realiu laiku, kuri, atrodo, yra probleminė fotoninių lustai. Be to, jie suteikia daugiau plečiama architektūra ir geriau integruoti esamas technologijas, palyginti su ankstesniais metodais, pavyzdžiui, įstrigę jonais. Šiuo metu vienintelis trūkumas šių sistemų matyt yra ribotas jų nuoseklumas laikas (<100 ms). Ši problema gali būti išspręsta naudojant QED integraciją su puslaidininkinių grandynų nugara ansamblio atminties ląsteles (azotas-pakeista vietas ar kristalų, legiruotų retųjų žemių elementų), kurie gali suteikti ilgą nuoseklumą laiko duomenų saugojimo dydţio. Šiuo metu šis įgyvendinimas yra už didesnes pastangas mokslinės bendruomenės reikalas.

Miestas nurodo

Mus teleportuotis į miestą skalė (kelių kilometrų), gali būti sukurtas naudojant optines režimus. Tuo pakankamai mažas nuostolis, šios sistemos suteikia didelį greitį ir pralaidumą. Jie gali būti pratęstas nuo stalinių diegimas ir vidutinio nuotolio sistemų, veikiančių per oro arba optinio pluošto, su kuo integracijos su kvantinės atminties ansamblis. Ilgais atstumais, bet su mažesniu greičiu galima pasiekti hibridine požiūrio arba plėtoti gerus garsintuvai remiantis ne Gauso procesus.

telekomunikacijų

Tolimojo kvantinė teleportacija (virš 100 km), yra aktyvus sritis, bet vis dar kenčia nuo atviros problemos. Poliarizacija kubitai - geriausi carriers mažos spartos teleport ilgais skaidulinės optikos ryšio linijos ir per orą, bet tuo momentu protokolas yra tikimybinis dėl nepilno aptikimo Bella.

Nors tikimybinis teleportacija ir susietumas yra tinkamos programų, tokių kaip distiliuojant susietumas ir Kvantinė kriptografija, tačiau ji aiškiai skiriasi nuo bendravimo, kurioje turi būti visapusiškai laikomasi įvesties informacija.

Jei mes priimame šį tikimybinį pobūdį, palydovo įgyvendinimas patenka į šiuolaikinių technologijų nepasiekiamoje vietoje. Be to, į stebėjimo metodus integracijos, pagrindinė problema yra didelis nuostolius, patirtus dėl plitimo sijos. Tai gali būti įveikti konfigūraciją, kur Sapīšanās yra paskirstytos iš palydovo į antžeminės teleskopu su dideliu angos. Darant prielaidą, palydovinė diafragmą 20 cm 600 km aukščio ir 1 m apertūros teleskopą ant žemės, galima tikėtis apie 75 dB nuostolių į priimdami kanalą, kuris yra mažesnis nei 80 dB nuostoliai žemės lygyje. Įgyvendinimas "Žemė palydovo" arba "kompanionas palydovo" yra sudėtingesnė.

Quantum atminties

Ateityje naudoti teleportacijos kaip keičiamo dydžio tinklo yra tiesiogiai susijusi su jo integracija su kvantinės atminties. Pastarasis turi puikią kalbant apie efektyvumą konversijos sąsaja "Radiacinė dalyku", kurio įrašymo ir skaitymo, laiko ir atminties talpa, didelis greitis ir talpa tikslumą. Pirmiausia jis leidžia jums naudoti garsintuvai stiprinti bendravimą toli už tiesioginio perdavimo naudojant klaidų taisymo kodus. Geros kvantinės atminties plėtra leistų ne tik platinti Susietumas ir teleportacija tinklo ryšio, bet taip pat prijungtas prie apdoroti sukauptą informaciją. Galų gale, tai gali virsti tarptautiniu platinamas tinkle kvantinio kompiuterio ar ateityje kvantinės interneto pagrindu.

perspektyvių pokyčiai

Branduoliniai ansambliai tradiciškai laikoma patraukli dėl savo efektyvaus konversijos "šviesos dalelių" ir jų milisekundės laikotarpius saugojimo, kuris gali būti iki 100 ms reikia perduoti šviesą visame pasaulyje. Tačiau labiau pažengusios pokyčiai dabar tikimasi puslaidininkių sistemose, kur puikus nugara ansamblis kvantinė atmintis tiesiogiai integruota su keičiamo dydžio architektūros grandinės QED pagrindu. Ši atmintis gali ne tik pratęsti nuoseklumas laiko grandinės QED, bet taip pat teikti optinio mikrobangų sąsaja skirta optinių telekomunikacijų ir mikroschemų mikrobangų fotonų interkonversija.

Taigi, ateities atradimai mokslininkų kvantinės interneto srityje gali būti grindžiama tolimojo optinio ryšio, konjuguotų puslaidininkių elementų Kvantinė informacijos apdorojimo.