Кванттық телепортация: физиктер ұлы жаңалықтар

Кванттық телепортация кванттық ақпарат ең маңызды хаттамалар бірі болып табылады. абыржу физикалық ресурстарға негізделген, ол әр түрлі ақпараттық міндеттердің негізгі элементі болып табылады және кванттық есептеу, желілік және коммуникация одан әрі дамыту маңызды рөл ойнайды кванттық технологиялар маңызды бөлігі болып табылады.

Ғылыми фантастика ғылыми ашылулар үшін

Бұл, бәлкім, кванттық механиканың «странности» ең қызықты және қызықты салдары бірі болып табылады кванттық телепортации, ашу бастап екі онжылдықта болды. Осы ұлы ашылулар жасады бұрын, бұл идея фантаст патшалығының тиесілі. Бірінші Чарльз H. Форт мерзімді «телепортация» арқылы 1931 жылы ойлап тапқан, өйткені дене және нысандар бір жерден екінші жерге көшірілді, оның көмегімен процесін сипаттау үшін қолданылған, ол олардың арасындағы қашықтықты еңсеру шынымен емес.

1993 жылы жоғарыда аталған симптомдардың кейбір бөлісті «кванттық телепортация» деп аталатын кванттық ақпарат хаттама сипаттайтын мақала, жарияланды. Ол физикалық жүйесін белгісіз мемлекеттік (түпнұсқа жүйесінің физикалық элементтері орын ауыстыру қалады) қашықтан сайтында өлшенеді және кейіннен қайта басуға, немесе «қайта-жұрттармен». Бұл процесс байланыс классикалық құралдарын талап етеді және сверхсветового байланыс жояды. Ол сасқалақтап өмірін талап етеді. Шын мәнінде, телепортация ең анық абыржу сипатын көрсетіп кванттық ақпарат хаттама ретінде қарастыруға болады: аударым мемлекет қатысуынсыз кванттық механика сипаттау заңдар шеңберінде мүмкін емес еді.

Телепортация ақпарат ғылымын дамытудағы белсенді рөл атқарды. Бір жағынан, бұл ресми кванттық дамытуда шешуші рөл атқарады тұжырымдамалық хаттама болып табылады ақпарат теориясы, және басқа да ол көптеген технологияларды іргелі құрамдас бөлігі болып табылады. кванттық ретрансляторе - қалааралық байланыс басты элементі. өлшеу және кванттық желісіне негізделген телепортация кванттық қосқыштар, есептеу - барлық олардың туындылары болып табылады. Ол уақытша қисық және булану бойынша физика «Экстремал» зерттеу үшін қарапайым құралы, сондай-ақ пайдаланылатын қара тесік.

фотонды qubits, ядролық магниттік резонанс, оптикалық режимдерін, атомдар топтары, қақпанға атомдар мен жартылай өткізгіш жүйесін қоса алғанда, субстраттардың мен технологияларды түрлі, пайдаланып бүкіл әлем бойынша зертханаларда растады Бүгін кванттық телепортация. Көрнекті нәтижелері серігі эксперименттер алдағы телепортация диапазонында қол жеткізілді. Сонымен қатар, әрекет неғұрлым күрделі жүйелердің дейін масштабтау енгізілді.

qubits туралы телепортация

Кванттық телепортация алғашқы екі деңгейлі жүйелердің, деп аталатын qubits сипатталған болатын. qubit 2 бөлісуге Элис және Боб деп аталатын екі қашықтан тараптарды, хаттама ескере отырып, А және В, сондай-ақ Bell жұп деп аталады таза абзал мемлекет, жылы болып табылады. Алиса кіреберісінде және кімнің жағдайы ρ белгісіз басқа qubit берілген. Ол содан кейін Bell табылуы деп аталатын бірлескен кванттық өлшеу, орындайды. Ол төрт Bell мемлекеттердің бірінде және А асырады. өлшенген Нәтижесінде, qubit енгізу мемлекеттік Alice жоғалады, қашан және Боб B мезгілде Р ^† _K ρP _К жобаланады _qubit. соңғы қадам хаттамада Алиса бастапқы р қалпына келтіру үшін Паули P _K операторы қолданылады, оның өлшеу Боб, классикалық нәтиже тасымалдайды.

Хаттамада өзгеше оның қашықтан өлшеу дейін төмендейді, себебі qubit Алиса бастапқы мемлекеттік, анонимді болып саналады. Сонымен қатар, ол өзі үшінші тарап ортақ үлкен композиттік жүйесін, (бұл жағдайда табысты телепортация барлық осы үшінші тараппен ойнату корреляция талап) бөлігі болуы мүмкін.

кванттық телепортация типтік эксперимент, мысалы, бүргеден саласындағы алты полюстерін таза бастапқы күйін қабылдайды және шектеулі әліпбиіне тиесілі. қайта жөндеуден мемлекеттің decoherence сапасы қатысуымен сандық дәл телепортация F ∈ [0, 1] білдірді болады. Алиса және Боб мемлекеттер арасындағы осы дәлдігі, Bell және бастапқы әліпбиінің барлық анықтау нәтижелері орташаланған. әдістерін дәлдік шағын мәндер үшін күрделі ресурс жоқ кемелсіз телепортации үшін мүмкіндік беретін, бар. Мысалы, Элис тікелей қорытқы мемлекет дайындау үшін Боб жіберу арқылы өзінің бастапқы күйін бағалай алады. Бұл өлшеу-тренинг стратегиясы деп аталатын «классикалық телепортация.» Ол F _класс ең дәлдігін = кез келген кіріс мемлекет үшін 2/3, баламалы әліпбилік ретпен осындай бүргеден саласындағы өзара объективті шарттары алты полюстер бар.

Осылайша, кванттық ресурстарды пайдалану айқын белгісі бар дәлдіктегі мән F> F _класс болып _{табылады.}

Бірде-бір qubit

айтуынша кванттық физика, qubits туралы телепортация ол көп өлшемді жүйесі қамтуы мүмкін, шектелмейді. Әрбір түпкі шаралар үшін D берілген барынша абзал мемлекет және негізі {U _{К} ^{TR (U † J U K)}} қанағаттандыратын унитарлық операторлар алынуы мүмкін негізі барынша абзал мемлекеттік пайдаланатын векторлары тамаша схемасы телепортация тұжырымдауға болады = dδ J, K . Мұндай Хаттама кез келген ақырлы-гильбертово кеңістік R үшін салынған болуы мүмкін. Н. дискретті айнымалы жүйелер.

Сонымен қатар, кванттық телепортация үздіксіз-айнымалы жүйелер деп аталатын шексіз Гильберт кеңістігінде жүйелердің, хабарласа алады. Әдетте, олар оптикалық бозонная режимдерін, квадратуралық операторларды сипаттауға болады электр өрісі жүзеге асырады.

Жылдамдық және белгісіздік принципі

кванттық телепортация жылдамдығы қандай? Ақпараттық классикалық бірдей санының беру жылдамдығы ұқсас жылдамдықпен беріледі - мүмкін отырып жарық жылдамдығы. Мысалы, деректер тек алушыға қол жетімді кванттық есептеу, жылы - теориялық, бұл ретте қалай классикалық мүмкін емес, пайдалануға болады.

кванттық телепортация бұзатын ме Белгісіздік принципін? ол барлық ақпарат атомы немесе басқа затты алу үшін кез келген өлшеу немесе сканерлеу процесін тыйым принципін бұзады деп сенген болатын, өйткені, өткен жылы, телепортации идеясы шын мәнінде, ғалымдар байыпты емес. белгісіздік принципіне сәйкес, дәлірек нысан нысанның бастапқы мемлекеттік Сіз бұдан былай дәл көшірмесін жасау үшін жеткілікті ақпарат алуға болады, бұл осындай дәрежеде бұзылған кезде нүктесі жеткенше көп, ол, сканерлеу процесін әсер, сканерленеді. Ол сенімді естіледі: адам мінсіз көшірмелерін жасауға объектісі туралы ақпарат алу мүмкін емес, егер, соңғы жасалуы мүмкін емес.

Шайнектің үшін Кванттық Телепортация

Бірақ алты ғалымдар (Чарльз Bennett, Жиль Brassar, Клод Crépeau, Ричард Dzhosa, Asher Переспен және Uilyam Vuters) Эйнштейн-Подольский-Rosen ретінде белгілі кванттық механиканың атақты және кереғар мүмкіндікті пайдаланып, осы логика айналасында жолын тапты. Олар байланыста басқа да нысандар сақтауға ешқашан аудару әсері арқылы ақпарат телепорты нысан сканерлеу жолын тапты, ал қалған тексерілмеген бөлігі.

Кейіннен, C әсеріне қолдану арқылы тәуелді сканерленген ақпарат сканерлеу үшін мемлекет енгізілуі мүмкін. Ал өзі осылайша қол, кері сканерлеу процесін бірдей жағдайда емес, телепортация емес, тираждау.

ауқымы үшін күрес

• Бірінші кванттық телепортация Инсбрук университетінің және Рим университетінің ғалымдары бір мезгілде дерлік 1997 жылы өтті. эксперимент барысында фотон көзі жіктелу бар, ал екінші бастапқы поляризация фотон алды, сондықтан абзал фотондар жұп бір өзгертілді. Осылайша екі фотонға бір-бірінен қашықтықта орналасқан.
• 2012 жылы, 97 км қашықтықта альпі көлінің арқылы тұрақты кванттық телепортация (Ғылым және технология Қытай университеті) болды. Хуан Iinem бастаған Шанхай ғалымдар тобы дәл мақсатты сәулесін рұқсат наводящем тетігін әзірлеу білді.
• Қыркүйек айында 143 км рекордтық кванттық телепортация Сол жылы жүргізілді. Antona Tsaylingera басшылығымен Австрия және Вена университетінің ғылым академиясының австриялық ғалымдар табысты La Palma және Тенерифе екі Канар аралдары арасындағы кванттық күйлердің берілетін болды. эксперимент бір-фотонды датчиктің және ілінісу сағат үндестіруді sverhnizkoshumnye, ашық, kvantumnaya және фотонды көздерін классикалық, жиілігі байланыспаған поляризация абзал жұпта екі оптикалық байланыс желілерін пайдаланды.
• 2015 жылы, бірінші рет Стандарттар және технологиялар АҚШ-тың Ұлттық институтының зерттеушілері оптикалық талшық 100-ден астам км қашықтықта ақпарат беруді жасады. Бұл молибден silicide сверхпроводящего нанопроволок пайдаланып институты құрылды фотонды детектор арқасында мүмкін болды.

Ол кванттық жүйенің немесе технологиясының мінсіз әлі жоқ екені түсінікті болып табылады және болашақ ұлы жаңалықтар әлі алда. Дегенмен, біз телепортация нақты қосымшалар үшін ықтимал кандидаттарды анықтау үшін көріңіз. оларды дәйекті негіз және әдістері қарастырылған қолайлы гибридизация кванттық телепортация және оның қолдану үшін ең перспективалы болашағын қамтамасыз ете алады.

қысқа қашықтыққа

QED схемасы үздік табылатын жартылай өткізгіш құрылғыларын, перспективалы кванттық есептеу ішкі жүйесі ретінде телепортация қысқа қашықтық (1 м). Атап айтқанда, сверхпроводящие qubits transmonovye детерминделген және жоғары дәлдіктегі телепортация микросхемасы кепілдік бере алмайды. Олар сондай-ақ фотонды фишкалар бойынша проблемалық, меніңше нақты уақыт тікелей ағынын, мүмкіндік береді. Сонымен қатар, олар көп ауқымды сәулет қамтамасыз ету, сондай-ақ осындай қақпанға иондар ретінде алдыңғы тәсілдерді, салыстырғанда қолданыстағы технологияларды жақсы интеграция. Қазіргі уақытта, осы жүйелердің ғана кемшілігі Шамасы, олардың шектеулі уақыт когерентности (<100 мс) болып табылады. Бұл проблема деректерді сақтау квант ұзақ уақыт когерентности қамтамасыз ете алады ансамблі жад ұяшықтарды (сирек-жер элементтері бар легирленген бос орындар немесе кристалдануы азот-ауыстырылсын), айналдыруға жартылай өткізгіш тізбектерінің QED интеграцияны пайдалану арқылы шешуге болады. Қазіргі уақытта, осы іске асыру ғылыми қоғамдастықтың үлкен күш-жігері үшін мәселе болып табылады.

Қала сілтеме

Біз қалалық ауқымдағы (бірнеше км) телепортироваться оптикалық режимдерін пайдалану әзірленуі мүмкін. жеткілікті төмен шығынмен, осы жүйелер жоғары жылдамдығын және өткізу қабілетін қамтамасыз етеді. Олар кванттық жады ансамблінің мүмкін интеграция отырып, әуе немесе оптикалық талшықтар астам жұмыс істейтін орта қашықтықтық жүйелеріне жұмыс үстелі жобаларды іске асыру ұзартылуы мүмкін. ұзақ қашықтыққа, бірақ төменгі жылдамдық емес Гаусс процестердің негізінде гибридті көзқарас немесе жақсы ретрансляторов дамыту арқылы қол жеткізуге болады отырып.

телекоммуникациялық

(100 км-ден астам) қалааралық кванттық телепортация белсенді аймағы болып табылады, бірақ әлі күнге дейін ашық проблема зардап шегеді. Жіктелу qubits - байланыс ұзақ талшықты-оптикалық желілер және ауа арқылы төмен жылдамдықтағы телепорттарын үшін ең жақсы тасымалдаушылар, бірақ қазіргі уақытта хаттама салдарынан толық емес анықтау Bella үшін ықтималдық болып табылады.

Дегенмен ықтималдық телепортация және запутанность осындай қалуы және кванттық криптографияның айдау ретінде қолдану үшін қолайлы болып табылады, бірақ ол анық кіріс ақпарат толық сақталған болуы тиіс, онда қарым-қатынас ерекшеленеді.

біз осы ықтималдық сипатын қабылдасаңыз, спутникті іске асыру қазіргі заманғы технологияларды шегінде қол жетiмдiлiгiне. қадағалау әдістерін интеграцияның Сонымен қатар, негізгі проблема сәуленің таралу туындаған жоғары шығындар болып табылады. Бұл оралып серігі үлкен тесігі бар жер үсті телескоп таратылады конфигурация жеңуге болады. жерге 600 км биіктікте және 1 м диафрагма, телескоп 20 см спутниктік саңылау Предполагая, бір жер деңгейінде кемінде 80 дБ жоғалту болып түсетін арна шығын шамамен 75 дБ күтуге болады. «Жер серігі» немесе «серігі серігі» бағдарламасын іске асыру, неғұрлым күрделі болып табылады.

кванттық жад

масштабталатын желісінің бөлігі ретінде телепортация болашақтағы пайдалануға кванттық жады бар, оның интеграция тікелей байланысты болып табылады. Соңғы тиімділігі конверсиялық интерфейсі «Радиациялық-мәселе», жазу және оқу, уақыт және сақтау сыйымдылығы, жоғары жылдамдықпен және сақтау сыйымдылығы бар дәлдік тұрғысынан тамаша болуы тиіс. Ең алдымен, бұл сіз алыс қате түзету кодтарын пайдаланып тікелей аудару тыс қарым-қатынасты күшейтуге арналған ретрансляторов пайдалануға мүмкіндік береді. жақсы кванттық жады дамыту оралып және телепортация желі байланысын таратуға ғана емес мүмкіндік береді, сонымен қатар сақталған ақпаратты өңдеуге қосылған еді. Сайып келгенде, бұл халықаралық бөлінген желісі айналуы мүмкін кванттық компьютерге немесе болашақ кванттық Интернет үшін негіз.

перспективалы әзірлемелер

Ядролық ансамбльдер дәстүрлі өйткені «жарық-материяның» олардың тиімді айырбастау және жаһандық жарық беруге қажетті 100 мс дейін болуы мүмкін сақтау, олардың миллисекунд кезеңдер, тартымды болып саналады. Алайда, неғұрлым озық оқиғалар енді тікелей тұйықталу QED ауқымды сәулет интеграцияланған тамаша айналдыру ансамблі кванттық жад жартылай өткізгіш жүйелердің, негізінде күтілуде. Бұл жад уақыт когерентности тұйықталу QED ұзартуға болады ғана емес, сонымен қатар оптикалық телекоммуникациялық және чип микротолқынды фотондар interconversion үшін оптикалық-микротолқынды интерфейсін қамтамасыз ету.

Осылайша, кванттық интернет саласындағы ғалымдар болашақ жаңалықтар, кванттық ақпаратты өңдеуге арналған конъюгирленген жартылай бірлік қалааралық оптикалық байланыс негізінде болуы мүмкін.