Quantum teleportation: fiziklər böyük kəşflər

Quantum teleportation kvant məlumat ən əhəmiyyətli protokolların biridir. qarışıqlıq fiziki resursları əsasında müxtəlif informasiya vəzifələri əsas elementidir və kvant kompüter, şəbəkə və rabitə gələcək inkişafında mühüm rol oynayan kvant texnologiyaları mühüm rol təmsil edir.

elmi kəşflər fantastika From

Bu yəqin ki, kvant mexanikasının "qəribəlik" ən maraqlı və həyəcanlı nəticələrindən biri kvant teleportation kəşf bu yana iki onilliklər ərzində olmuşdur. Bu böyük kəşflər edilmişdir əvvəl, bu ideya fantastika sahəsində məxsus idi. First Charles H. Fort termini "teleportation" tərəfindən 1931-ci ildə icad bəri bədən və obyektlərin bir yerdən köçürülür olan prosesini təsvir etmək üçün istifadə edilmişdir, bu, həqiqətən onların arasında məsafə qət deyil.

1993-cü ildə yuxarıda sadalanan simptomları bəzi ortaq "kvant teleportation" adlı kvant məlumat protokolu izah məqalə dərc edib. Bu fiziki sisteminin naməlum dövlət də və sonradan təkrar, və ya uzaq saytda "yenidən gedir" dir (orijinal sisteminin fiziki elementləri yer transfer qalır). Bu proses rabitə klassik vasitələri tələb edir və superluminal rabitə aradan qaldırır. Bu qarışıqlıq bir həyat tələb edir. Əslində, teleportation ən aydın qarışıqlıq xarakteri nümayiş etdirir kvant məlumat protokol kimi baxıla bilər: transfer dövlət olması kvant mexanika təsvir qanunlar çərçivəsində mümkün deyil olmadan.

Teleportation məlumat elminin inkişafında fəal rol oynamışdır. Bir tərəfdən, bu, formal kvant inkişafında həlledici rol oynayır konseptual protokol edir informasiya nəzəriyyəsi, və digər bir çox texnologiyaların əsas komponentidir. kvant repeater - uzun məsafə rabitə əsas element. Teleportation kvant açarları, ölçmələr və kvant şəbəkə əsasında hesablama - onun bütün törəmələri var. Bu müvəqqəti əyriləri və buxarlanma haqqında fizika "həddindən artıq" öyrənilməsi üçün sadə vasitə kimi istifadə olunur qara deşik.

photonic Qubits, nüvə maqnit rezonansı, optik rejimi, atomların qrupları tələyə atom və yarımkeçirici sistemləri, o cümlədən substratı və texnologiyaları, bir sıra istifadə edərək dünyanın laboratoriyalarda təsdiq gün kvant teleportation. Görkəmli nəticələri peyklər ilə teleportation sıra önümüzdəki təcrübələr əldə edilmişdir. Bundan başqa, cəhdləri daha mürəkkəb sistemləri klikləyin edilmişdir.

Qubits of teleportation

Quantum teleportation ilk iki səviyyəli sistemi, qondarma Qubits üçün izah edildi. QuBIT 2 bölüşmək Alice və Bob adlı iki uzaq partiyalar, nəzərə Protokol A və B təmiz qarışıq dövlət var, həmçinin Bell cüt çağırıb. Alice girişində olan şərt ρ məlum deyil başqa QuBIT və verilir. O, birgə kvant ölçü həyata keçirir Bell kəşf çağırıb. Bu dörd Bell dövlətlərin birində və A keçirir. Nəticədə, Alice qiymətləndirilir Qubit giriş dövlət yox və Bob B eyni zamanda ^† _k ρP _k P proqnozlaşdırılır _Qubit. son addım protokol Alice orijinal ρ bərpa Pauli P _k operator tətbiq onun ölçü Bob, bir klassik nəticə ötürür.

başqa protokol uzaq ölçü azaldılır çünki Qubit Alice ilkin dövlət, anonim hesab edilir. Bundan əlavə, özü bir üçüncü tərəf ilə bölüşdü böyük bir kompozit sisteminin bir hissəsi ola bilər (bu halda uğurlu teleportation bütün bu üçüncü tərəf ilə playback ilişki tələb edir).

kvant teleportation tipik təcrübə, məsələn, məhdud əlifbasına Bloch sahəsində altı dirəkləri təmiz orijinal dövlət və aid edir. yenidən dövlət Decoherence keyfiyyətli iştirakı kəmiyyət dəqiq teleportation F ∈ [0, 1] ifadə edilə bilər. Alice və Bob dövlətləri arasında dəqiqlik, Bell və orijinal əlifbasının bütün aşkar nəticələri üzərində orta. üsulları dəqiqliyi kiçik dəyərlər üçün mürəkkəb resurs olmadan naqis teleportation üçün imkan mövcuddur. Məsələn, Alice birbaşa nəticəsində dövlət hazırlanması üçün Bob göndərməklə orijinal dövlət ölçmək bilər. Bu ölçü-təlim strategiyası "olaraq adlandırılan klassik teleportation". Bu F _class = hər hansı bir giriş dövlət üçün 2/3, ekvivalent əlifba belə Bloch sahəsində altı dirəkləri kimi qarşılıqlı obyektiv şərait maksimum dəqiqliyə malikdir.

Belə ki, kvant resurslarından istifadə açıq bir göstəricisidir dəqiq dəyəri F> F _{sinif edir.}

Heç bir Qubit

Onun sözlərinə görə kvant fizikası, Qubits of teleportation məhdud deyil, bu, bir çox ölçülü sistemi daxil ola bilər. Hər məhdud tədbir d əsasını maksimum qarışıq dövlət bir maksimum qarışıq dövlət dən əldə edilə bilər istiqamətini və əsas {U _{k} ^tr} təmin unitar operatorları ^{_{(U † j U k)}} istifadə ideal sxemi teleportation ifadə edilə bilər = dδ j, k . Belə bir protokol hər hansı bir məhdud-Hilbert kosmik r. N. üçün inşa edilə bilər diskret dəyişən sistemləri.

Bundan başqa, kvant teleportation davamlı dəyişən sistemləri adlı sonsuz Hilbert yer sistemləri, müraciət edə bilər. Bir qayda olaraq, onlar optik bozonu rejimi, dördün operatorları təsvir edilə bilər elektrik sahəsi ilə həyata keçirilir.

Speed və qeyri-müəyyənlik prinsipi

kvant teleportation sürəti nədir? İnformasiya klassik eyni sayda ötürülməsi sürəti bənzər sürətlə ötürülür - bəlkə ilə işıq sürəti. Nəzəri cəhətdən bununla necə klassik bilməz, istifadə edilə bilər - məsələn, data yalnız alıcıya mövcuddur kvant kompüter, var.

kvant teleportation pozan varmı Qeyri-müəyyənlik prinsipi? bu bütün məlumat atom və ya digər obyekt çıxarış hər hansı bir ölçü və ya tarama prosesi qadağan prinsipini pozur ki, iman çünki Keçmişdə, teleportation ideyası həqiqətən, alimləri tərəfindən ciddi qəbul olunmur. obyektin orijinal dövlət daha bir replica yaratmaq üçün kifayət qədər məlumat əldə edilə bilməz ki, belə bir dərəcədə narahat bir nöqtəyə çatır qədər qeyri-müəyyənlik prinsipinə uyğun olaraq, daha dəqiq obyekt skanerdən, daha tarama prosesi təsir edir. Bu inandırıcı səslənir: bir şəxs mükəmməl nüsxə yaratmaq üçün obyekt məlumat çıxarış bilməz, əgər, sonuncu edilə bilməz.

Butaforiya üçün Quantum Teleportation

Amma altı elm (Charles Bennett, zhil Brassar, Claude Crépeau, Richard Dzhosa, Asher Peres və Uilyam Vuters) Einstein-Podolsky-Rosen kimi tanınan kvant mexanikasının bir qeyd və paradoksal sistemini istifadə edərək, bu məntiq ətrafında bir yol tapdı. Onlar məlumat teleportasiya obyekt A scan üçün bir yol, və A əbədi heç ilə əlaqə transfer digər obyektlərin təsiri ilə qalan untested hissəsini tapılmadı.

Daha sonra, C ifşa asılı skanerdən məlumata tətbiq scan dövlət A daxil edilə bilər. Və özü belə əldə ləğv tarama prosesi eyni vəziyyətdə deyil teleportation deyil təkrarlanması edir.

sıra mübarizə

• ilk kvant teleportation Innsbruck Universiteti və Roma Universitetinin alimləri tərəfindən demək olar ki, eyni zamanda 1997-ci ildə keçirilib. təcrübə zamanı foton mənbə bir qütbləşmə olan və ikinci orijinal qütbləşmə foton qəbul ki, qarışıq fotonların bir cüt biri dəyişdirilib. Beləliklə, hər iki fotonlar bir-birindən dağıtılır.
• 2012-ci ildə 97 km məsafədə alp göl vasitəsilə müntəzəm kvant teleportation (Elm və Texnologiya Çin Universiteti) var idi. Juan Iinem başçılıq etdiyi Şanxay alimləri qrupu dəqiq ünvanlı tir icazə nalayiq mexanizmi inkişaf bacardı.
• Sentyabr ayında 143 km rekord kvant teleportation həmin il həyata keçirilmişdir. Avstriya Elmlər Akademiyasının və Antona Tsaylingera rəhbərliyi altında Vyana Universitetinin Avstriya alimləri müvəffəqiyyətlə La Palma və Tenerife iki Kanar adaları arasında kvant dövlətlər ötürülən etmişdir. təcrübə açıq kvantumnaya və fotonların mənbələrinin klassik, tezlik surətdə qütbləşmə dolaşıq cüt iki optik rabitə xətləri istifadə, tək foton detektorları və clutch saat sinxronizasiya sverhnizkoshumnye.
• 2015-ci ildə ilk dəfə ABŞ-ın Milli Standartlar İnstitutu və Texnologiya tədqiqatçılar optik lif 100-dən çox km məsafədə üzərində məlumatların ötürülməsi etdi. Bu molibden silicide bir ifratkeçirici Nanoməftillər istifadə institutu yaradılmışdır foton detector sayəsində mümkün olmuşdur.

Bu kvant sistemi və ya texnologiya ideal hələ mövcud deyil ki, aydındır və gələcəkdə böyük kəşflər gəlmək hələ. Buna baxmayaraq, biz teleportation xüsusi applications üçün mümkün namizədlər müəyyən etmək üçün cəhd edə bilərsiniz. Uyğun melezleme onlara ardıcıl zəmin və metodları kvant teleportation və proqramları üçün ən perspektivli gələcək təmin edə bilər.

qısa məsafələr

Teleportation QED bir diaqram ən yaxşı olan bir kvant hesablama alt perspektivli yarımkeçirici cihazlar, qısa məsafə (1 m). Xüsusilə ifratkeçirici Qubits ildə transmonovye deterministic və yüksək dəqiq teleportation chip təmin edə bilər. Onlar həmçinin photonic fiş problemli görünür real-vaxt, birbaşa axını imkan verir. Bundan əlavə, onlar bir daha ölçeklenebilir memarlıq və bu tələyə ionlarının əvvəlki yanaşmalar ilə müqayisədə mövcud texnologiyaların daha yaxşı inteqrasiya təmin edir. Hal-hazırda, bu sistemlərin yalnız günah yəqin məhdud bağlılıq vaxt (<100 ms) edir. Bu problem yarımkeçirici sxemlərin data storage kvant uzun ardıcıllıq vaxt təmin edə bilər ansamblı yaddaş hüceyrələri (nadir torpaq elementləri ilə aşqarlanmış vakansiyalar və ya büllur ilə azot əvəz) fırlatmaq ilə QED inteqrasiya istifadə edərək həll edilə bilər. Hal-hazırda, bu həyata keçirilməsi elmi ictimaiyyətin böyük səylər üçün bir məsələdir.

şəhər link

Us şəhər miqyaslı (bir neçə kilometr) Teleport optik rejimi istifadə edərək inkişaf edə bilər. kifayət qədər aşağı zərər, bu sistemlərin yüksək sürətli və bant genişliyi təmin edir. Onlar kvant yaddaş bir ansamblı ilə mümkün inteqrasiya ilə hava və ya optik lif, artıq fəaliyyət göstərən orta mənzilli sistemləri masa üstü applications olan uzadıla bilər. uzun mesafelerde, lakin aşağı sürətlə bir hibrid yanaşma və ya qeyri-Gauss proseslər əsasında yaxşı repeaters inkişaf əldə edilə bilər.

telekommunikasiya

Uzun məsafə kvant teleportation (km 100) fəal sahəsi, lakin hələ də açıq problem əziyyət çəkir. Qütbləşmə Qubits - rabitə uzun fiber optik xətlər üzərində və hava vasitəsilə aşağı sürətli Teleport üçün ən yaxşı daşıyıcıları, lakin hazırda protokol görə natamam aşkar Bella bir ehtimal var.

ehtimal teleportation və qarışıqlıq belə qarışıqlıq və kvant Kriptoqrafiya distillə kimi applications üçün uygundur, ancaq giriş məlumat tam mühafizə edilməli olan rabitə aydın fərqli olsa da.

bu ehtimal təbiəti qəbul varsa, peyk həyata keçirilməsi müasir texnologiyaların zəngin ərzində. izleme üsulları inteqrasiya ilə yanaşı, əsas problem şüa yayılması səbəb yüksək itkilər var. Bu qarışıqlıq böyük diyafram ilə yer teleskop peyk paylanan bir konfiqurasiya aradan qaldırmaq olar. 600 km hündürlüyü və yerdə 1 m diyafram teleskop 20 sm peyk diyafram etsək, bir yer səviyyəsində az 80 dB zərər bir downlink kanal zərər təxminən 75 dB gözləmək olar. "Yer peykinin" və ya "yoldaş peyk" həyata keçirilməsi daha mürəkkəbdir.

kvant yaddaş

ölçeklenebilir şəbəkəsinin bir hissəsi kimi teleportation gələcək istifadə kvant Yaddaşlı inteqrasiya birbaşa bağlıdır. Sonuncu səmərəlilik dönüşüm interface "radiasiya məsələ, qeyd və oxu, vaxt və saxlama tutumu, yüksək sürət və saxlama tutumu dəqiqliyi baxımından üstün olmalıdır. İlk növbədə bu qədər səhv düzəliş kodları istifadə birbaşa transfer kənarda rabitə artırılması üçün repeaters istifadə etməyə imkan verir. yaxşı kvant yaddaş inkişaf macərasına və teleportation şəbəkə rabitə yaymaq, həm də saxlanılan məlumat emal ilə bağlı deyil, yalnız imkan verir. Nəticədə, bu beynəlxalq paylanan şəbəkəsi çevrilə bilər kvant kompüter və ya gələcək kvant İnternet əsasında.

perspektivli inkişaflar

Nüvə ansamblları ənənəvi çünki qlobal işıq ötürmək üçün lazım olan 100 ms-ə qədər ola bilər "işıq məsələ" və saxlama onların millisecond dövrlərində, onların səmərəli dönüşüm cəlbedici sayılır. Lakin, daha çox inkişaf etmiş inkişaflar indi əla spin ansamblı kvant yaddaş birbaşa circuit QED bir ölçeklenebilir memarlıq ilə inteqrasiya yarımkeçirici sistemlərin əsasında gözlənilir. Bu yaddaş yalnız bağlılıq vaxt circuit QED uzatmaq bilməz, həm də optik telekommunikasiya və chip mikrodalğalı fotonların interconversion üçün optik-mikrodalğalı interfeys təmin etmək.

Belə ki, kvant internet sahəsində alimlərin gələcək kəşflər şəhərlərarası optik rabitə, kvant məlumat emal üçün qoşulmuş yarımkeçirici ədəd əsasında ehtimal olunur.