Teleportation kuantum: nu pamanggihan agung fisika

teleportation kuantum nyaéta salah sahiji protokol pangpentingna dina émbaran kuantum. Dumasar sumber daya fisik kabingungan, éta unsur utama rupa tugas informasi sarta ngagambarkeun bagian penting tina téknologi kuantum maén peran konci dina perkembangan saterusna tina komputasi kuantum, jaringan jeung komunikasi.

Ti fiksi mun pamanggihan ilmiah

Eta geus leuwih dua puluh saprak kapanggihna teleportation kuantum, anu meureun mangrupa salah sahiji konsekuensi paling istiméwa sarta seru tina "strangeness" tina mékanika kuantum. Méméh ieu Tembok diwangun pamanggihan hébat, gagasan ieu belonged kana realm of fiksi. Mimiti nimukeun dina 1931 ku Charles H. Fort istilah "teleportation" geus saprak kungsi dipaké pikeun nerangkeun proses ku nu awak jeung objék anu dipindahkeun tina hiji tempat ka nu sejen, eta teu bener nungkulan jarak antara aranjeunna.

Taun 1993 anjeunna diterbitkeun artikel ngajéntrékeun protokol inpormasi kuantum, disebut "teleportation kuantum", anu dibagikeun sababaraha gejala nu didaptarkeun di luhur. Ieu kaayaan kanyahoan tina sistem fisik diukur sarta salajengna dihasilkeun, atawa "ulang bade" dina situs jauh (unsur fisik sistem aslina tetep di mindahkeun tempat). proses ieu merlukeun sarana klasik komunikasi jeung eliminates komunikasi superluminal. Merlukeun hirup ngabingungkeun. Kanyataanna, teleportation bisa ditempo salaku protokol inpormasi kuantum nu paling jelas mendemonstrasikan alam bingung: tanpa ayana kaayaan transperna moal bakal tiasa dina kerangka ti hukum nu nerangkeun mékanika kuantum.

Teleportation geus dicoo hiji peran aktif dina ngembangkeun élmu informasi. Di hiji sisi, ieu téh protokol konseptual, nu muterkeun hiji peran krusial dina ngembangkeun hiji kuantum formal tiori informasi, sarta dina bagian lain eta mangrupakeun komponén dasar loba téknologi. The repeater kuantum - unsur konci komunikasi jarak jauh. saklar kuantum Teleportation, ngitung dumasar kana ukuran jeung jaringan kuantum - nu sadayana turunan tujuanana. Hal ieu dipaké salaku alat basajan pikeun ulikan ngeunaan "ekstrim" fisika, dina ngagambarkeun kurva samentara sarta évaporasi liang hideung.

Dinten teleportation kuantum dikonfirmasi dina laboratorium sabudeureun dunya ngagunakeun rupa-rupa substrat jeung téknologi, kaasup qubits photonic, résonansi magnetik inti, modus optik, grup atom, atom trapped sarta Sistem semikonduktor. Hasil beredar geus kahontal dina rentang teleportation percobaan datang kalayan satelit. Leuwih ti éta, usaha anu dilakukeun pikeun skala nepi ka sistem anu leuwih kompléks.

teleportation of qubits

Kuantum teleportation munggaran didadarkeun keur sistim dua-tingkat, nu disebut qubits. Protocol tempo dua pihak jauh, disebut Alice sarta Bob, anu babagi qubit 2, A jeung B téh dina kaayaan entangled murni, disebut oge pasangan Bell. Di lawang ka Alice dibikeun qubit sarta séjén anu ρ kaayaan téh kanyahoan. Ieu teras ngalakukeun hiji pangukuran kuantum gabungan, disebut kapanggihna Bell. Eta mawa sarta A di salah sahiji opat nagara bagian Bell. Hasilna, dina kaayaan input ti qubit lamun diukur Alice disappears sarta Bob B qubit sakaligus projected on P ^† _k ρP _k. Dina protokol hambalan panungtungan Alice transmits hasil klasik ukur na Bob, anu lumaku operator _k Pauli P mulangkeun ρ aslina.

Kaayaan awal hiji qubit Alice dianggap anonim, sabab lamun heunteu protokol diréduksi jadi ukur jauh na. Sajaba ti éta, bisa sorangan jadi bagian tina sistem komposit gedé, dibagikeun ku pihak katilu (dina hal ieu suksés teleportation kabeh ngabutuhkeun correlations playback kalayan pihak katilu ieu).

Hiji percobaan has teleportation kuantum nyokot kaayaan aslina murni tur milik hiji abjad diwatesan, contona, genep kutub tina lapisan Bloch. Dina ayana kualitas decoherence tina kaayaan rekonstruksi bisa ditembongkeun quantitatively akurat teleportation F ∈ [0, 1]. akurasi Ieu antara nagara bagean Alice sarta Bob, averaged leuwih sagala hasil deteksi nu ti Bell sarta alfabét aslina. Pikeun nilai leutik tina akurasi métode aya, sahingga pikeun teleportation sampurna tanpa sumberdaya intricate. Contona, Alice bisa langsung ngukur kaayaan aslina ku ngirim Bob keur persiapan kaayaan resultant. strategi pangukuran-pelatihan ieu disebut "teleportation klasik." Mibanda akurasi maksimum _kelas F = 2/3 pikeun sagala kaayaan input, sarua abjad kaayaan saling unbiased kayaning Bloch lapisan genep kutub.

Ku kituna, hiji indikasi jelas tina pamakéan sumberdaya kuantum nyaéta F nilai precision> _{kelas F.}

Lain qubit tunggal

Numutkeun fisika kuantum, teleportation of qubits teu dugi, nya meureun kaasup sistem multi-dimensi. Pikeun unggal terhingga ukuran d bisa ngarumuskeun idéal skéma teleportation maké dadasar maximally vektor entangled kaayaan nu bisa dicokot ti kaayaan maximally entangled dibikeun tur dasar {U _k} operator kahijian satisfying ^{_{TR (U † j U k)}} = dδ j, k . Misalna protokol anu bisa diwangun pikeun sagala terhingga-Hilbert spasi r. N. diskrit sistem variabel.

Saterusna, teleportation kuantum bisa dilarapkeun ka sistem kalawan spasi Hilbert wates, disebut sistem terus-variabel. Sakumaha aturan, aranjeunna direalisasikeun ku modus soson optik, médan listrik nu bisa digambarkeun operator quadrature.

Speed na kateupastian prinsip

Naon laju teleportation kuantum? Émbaran geus dikirimkeun dina laju sarupa laju pangiriman jumlah anu sarua tina Palasik - kamungkinan mibanda laju cahaya. Téoritis, mémang sahingga dipaké, kumaha klasik teu tiasa - contona, dina komputasi kuantum, dimana data anu disadiakeun ukur nepi ka nu dituju.

Teu teleportation kuantum ngalanggar teh Prinsipna kateupastian? Baheula, pamanggih teleportation teu bener dicokot serius ku ulama, sabab ieu dipercaya yén éta ngalanggar prinsip prohibiting wae ukur atanapi scanning prosés nimba sakabéh atom informasi atawa obyék séjén. Luyu kalawan prinsip kateupastian, beuki hade obyék anu discan, beuki eta dipangaruhan ku prosés scanning dugi titik nu geus ngahontal nalika kaayaan aslina obyék kaganggu keur extent misalna hiji nu leuwih teu tiasa didapet cukup informasi keur nyieun replica a. Keur disada ngayakinkeun: lamun hiji jalma teu bisa nimba informasi ti obyék anu nyieun salinan sampurna, dimungkinkeun dina teu bisa dipigawé.

Kuantum Teleportation pikeun Dummies

Tapi genep élmuwan (Charles Bennett, Zhil Brassar, Claude Crépeau, Richard Dzhosa, Asher Peres, sarta Uilyam Vuters) kapanggih cara sabudeureun logika ieu, maké fitur sohor tur paradoxical tina mékanika kuantum dipikawanoh salaku Einstein-Podolsky-Rosen. Aranjeunna kapanggih cara pikeun nyeken informasi teleported obyék A, sarta bagian untested sésana via efek mindahkeun objék séjén di kontak sareng A pernah abide.

Salajengna, ku cara nerapkeun ka paparan C informasi discan gumantung bisa diasupkeun kana kaayaan A pikeun nyeken. Jeung dirina teu di kaayaan anu sarua salaku prosés scanning malikkeun, sahingga kahontal nyaeta teleportation, teu ulangan.

Perjuangan pikeun rentang

• The teleportation kuantum munggaran dilaksanakeun taun 1997, ampir sakaligus ku élmuwan ti Universitas Innsbruck jeung Universitas Roma. Salila percobaan sumber foton ngabogaan polarisasi, sarta salah sahiji pasangan foton entangled geus robah jadi anu kadua polarisasi foton aslina narima. Ku sabab kitu duanana foton dipisah ti unggal lianna.
• Dina 2012, aya teleportation kuantum biasa (Cina Universitas Sains jeung Téhnologi) ngaliwatan danau alpine dina jarak 97 km. Hiji tim élmuwan ti Shanghai dipingpin ku Juan Iinem junun ngamekarkeun mékanisme sugestif anu diwenangkeun beam persis sasaran.
• Dina September, a teleportation kuantum catetan dina 143 km ieu dilumangsungkeun dina taun anu sarua. élmuwan Austria ti Akademi Élmu Austria jeung Universitas Vienna dina arah pantona Tsaylingera geus hasil dikirimkeun nagara kuantum antara dua Kapuloan Kanaria Cisitu Palma na Tenerife. percobaan dipaké dua garis komunikasi optik di buka, kvantumnaya sarta klasik, frékuénsi taya hubungan polarisasi tangled sapasang sumber foton, sverhnizkoshumnye detéktor single-foton jeung clutch sinkronisasi jam.
• Dina 2015, peneliti ti National Institute AS of Standards and Technology pikeun kahiji kalina dijieun alih informasi leuwih jarak leuwih ti 100 km ti serat optik. Ieu dimungkinkeun berkat institut detektor foton dijieun maké nanowires superconducting of molybdenum silicide.

Ieu jelas yén idéal sistem kuantum atawa téhnologi teu acan aya jeung pamanggihan agung hareup téh acan datang. Tapi, urang tiasa nyobian pikeun ngaidentipikasi calon mungkin pikeun aplikasi husus ngeunaan teleportation. hibridisasi cocok aranjeunna disadiakeun dadasar konsisten jeung métode bisa nyadiakeun masa depan paling ngajangjikeun pikeun teleportation kuantum sarta aplikasi na.

jarak pondok

Teleportation jarak pondok (1 m) salaku kuantum ngitung subsistem Alat semikonduktor ngajangjikeun, anu pangalusna tina nu mangrupakeun diagram of QED. Dina sababaraha hal, qubits superconducting transmonovye bisa ngajamin deterministik sarta pohara akurat chip teleportation. Éta ogé ngameunangkeun aliran langsung tina real-time, nu sigana masalah dina chip photonic. Sajaba ti éta, maranéhna nyadiakeun hiji arsitektur langkung scalable, sarta integrasi hadé téknologi aya salaku dibandingkeun deukeut saméméhna, kayaning ion trapped. Ayeuna, hijina aral sistem ieu tétéla waktos kohérénsi kawates maranéhanana (<100 mdet). masalah ieu bisa direngsekeun ku cara ngagunakeun integrasi QED kalawan sirkuit semikonduktor spin sél memori ensemble (nitrogén-Cirian kalawan vacancies atawa kristal doped mibanda elemen bumi jarang), nu bisa nyadiakeun hiji waktos kohérénsi panjang pikeun kuantum gudang data. Ayeuna, palaksanaan ieu téh ngarupakeun matéri pikeun usaha gede masarakat ilmiah.

link kota

Kami teleport kana skala kota (sababaraha kilométer) bisa dimekarkeun ngagunakeun modus optik. Dina leungitna sahingga low, sistem ieu nyadiakeun speed tinggi na rubakpita. Éta bisa diperpanjang ti implementations desktop pikeun sistem sedeng-rentang operasi ngaliwatan hawa atawa serat optik, kalawan integrasi mungkin kalawan ensemble memori kuantum. Leuwih jarak lila, tapi kalawan laju nu leuwih handap bisa dihontal ku pendekatan hibrid atanapi ku ngamekarkeun repeaters alus dumasar kana prosés non-Gauss.

telekomunikasi

Lila-jarak teleportation kuantum (leuwih 100 km) nyaéta hiji wewengkon aktif, tapi tetep miboga hiji masalah muka. qubits polarisasi - nu operator pangalusna pikeun-speed low teleport leuwih panjang garis serat optik komunikasi sarta ngaliwatan hawa, tapi dina momen protokol mangrupa probabilistik alatan beungeut lengkep Bella.

Sanajan teleportation probabilistik jeung entanglement anu cocog pikeun aplikasi kayaning distilasi entanglement na kriptografi kuantum, tapi jelas béda ti komunikasi nu informasi input kudu pinuh dilestarikan.

Mun urang nampi alam probabilistik ieu, palaksanaan satelit anu dina jangkauan téknologi modéren. Salian integrasi métode tracking, masalah utama nu karugian tinggi disababkeun ku nyebarna beam kana. Ieu bisa nungkulan dina konfigurasi mana entanglement geus disebarkeun ti satelit kana teleskop terestrial ku aperture badag. Anggap aperture satelit 20 cm dina 600 km luhurna jeung 1 m aperture teleskop dina taneuh, hiji bisa ngaharepkeun ngeunaan 75 dB rugi dina channel downlink nyaéta kirang ti 80 leungitna dB di tingkat taneuh. Palaksanaan "satelit bumi" atawa "satelit pendamping" nu leuwih kompleks.

memori kuantum

pamakéan kahareup teleportation salaku bagian tina jaringan scalable téh langsung patali jeung integrasi na kalawan memori kuantum. Kiwari dimungkinkeun kudu boga luhung dina watesan panganteur konversi efisiensi "radiasi-masalah ', akurasi rekaman na bacaan, waktu jeung kapasitas gudang, speed tinggi jeung kapasitas gudang. Munggaran sadaya eta ngidinan Anjeun pikeun make repeaters pikeun enhancing komunikasi tebih saluareun nu keur ditransper langsung ngagunakeun Konci koreksi kasalahan. Ngembangkeun hiji memori kuantum alus bakal ngidinan moal ukur keur ngadistribusikaeun entanglement jeung komunikasi jaringan teleportation, tapi ogé dihubungkeun jeung ngolah émbaran disimpen. Pamustunganana, hal ieu bisa ngahurungkeun kana jaringan tina disebarkeun sacara internasional komputer kuantum atawa dadasar pikeun Internet kuantum hareup.

kamajuan ngajangjikeun

ensembles Nuklir tradisional dianggap pikaresepeun kusabab konversi efisien maranéhna tina "lampu-masalah" na perioda millisecond maranéhanana gudang nu bisa nepi ka 100 mdet diperlukeun pikeun ngirimkeun lampu global. Sanajan kitu, kamajuan leuwih canggih ayeuna diperkirakeun dina dasar sistim semikonduktor, dimana spin unggulan memori kuantum ensemble terpadu langsung jeung arsitéktur scalable sirkuit QED. memori teu ukur bisa manjangkeun waktu kohérénsi circuit QED, tapi ogé nyadiakeun antarbeungeut optik-gelombang mikro keur interconversion of telekomunikasi sarta chip foton microwave optik.

Ku kituna, pamanggihan kahareup élmuwan dina widang internét kuantum nyaéta gampang jadi dumasar kana komunikasi optik jarak jauh, unit semiconducting conjugated pikeun ngolah émbaran kuantum.