Teleportation Quantum: panemon gedhe ing fisika

teleportation Quantum iku salah siji saka protokol sing paling penting ing informasi kuantum. Adhedhasar sumber fisik kebingungan, iku unsur utama saka macem-macem tugas informasi lan nggantosi bagéyan penting saka teknologi kuantum diputer peran tombol ing pembangunan luwih saka komputerisasi kuantum, jaringan lan komunikasi.

Saka ilmu fiction kanggo panemuan ilmiah

Wis liwat rong puluh wiwit ditemokaké teleportation kuantum, kang mbokmenawa siji saka jalaran paling menarik lan macem "aneh" mekanika kuantum. Sadurunge padha digawe panemon gedhe, idea iki duweke dunyo fiksi èlmiah. First nemokke ing taun 1931 dening Charles H. Fort istilah "teleportation" wis awit wis digunakake kanggo njlèntrèhaké proses kang awak lan obyek sing ditransfer saka siji panggonan liyane, iku wis ora nemen ngalahake ing jarak antarane wong.

Ing taun 1993 piyambakipun nerbitaken artikel protokol informasi kuantum, disebut "teleportation kuantum", sing sambungan sawetara saka gejala-gejala sing ndhuwur. Iku negara sing ora dingerteni saka sistem fisik diukur lan salajengipun dipun dhamel maleh, utawa "maneh arep" ing situs remot (unsur fisik saka sistem asli tetep ing transfer place). Proses iki mbutuhake liya klasik komunikasi lan ngilangake Komunikasi superluminal. Sampeyan mbutuhake urip kebingungan. Ing kasunyatan, teleportation bisa dideleng minangka protokol informasi kuantum sing paling cetha nduduhake alam kebingungan: tanpa ngarsane negara transfer ora bakal bisa ing framework saka hukum sing njlèntrèhaké mekanika kuantum.

Teleportation diputer lan peran aktif ing Perkembangan èlmu informasi. Ing tangan siji, iki protokol konsep, kang main peran wigati ing pangembangan kuantum formal téori informasi, lan ing liyane iku komponèn dhasar akeh teknologi. The repeater kuantum - unsur tombol komunikasi jarak ingkang tebih. ngalih kuantum Teleportation, etungan adhedhasar pangukuran lan jaringan kuantum - kabeh asale kuwi. Kang digunakake minangka alat prasaja kanggo nyinaoni "nemen" fisika, ing kurva sauntara lan penguapan saka bolongan ireng.

Dina teleportation kuantum dikonfirmasi ing Laboratorium ing saindhenging donya nggunakake macem-macem bagian lan teknologi, kalebu qubits photonic, resonansi magnetik nuklir, mode optik, kelompok atom, atom-atom kepepet lan sistem semikonduktor. asil pinunjul wis ngrambah ing sawetara teleportation nyobi ing tembe karo satelit. Menapa malih, usaha padha digawe kanggo ukuran nganti sistem liyane Komplek.

teleportation saka qubits

Quantum teleportation Pisanan kanggo sistem rong tingkat, sing dadi-disebut qubits. Protocol considering loro katelu remot, disebut Alice lan Bob, sing nuduhake qubit 2, A lan B ing negara entangled murni, uga disebut Pasangan Bell. Ing ngleboke menyang Alice diwenehi qubit lan liyane kang ρ kondisi ora dingerteni. Iku banjur performs ukuran kuantum peserta, disebut panemuan Bell. Iku kaleksanane lan A ing salah siji saka patang negara Bell. Akibaté, ing negara input saka qubit nalika diukur Alice katon lan Bob B qubit bebarengan digambaraken ing P ^† _k ρP _k. Ing protokol langkah pungkasan Alice ngirim asil klasik pangukuran sawijining Bob, sing ditrapake operator _k Pauli P kanggo mulihake ρ asli.

Ing negara dhisikan saka qubit Alice dianggep anonim, amarga digunakake protokol wis suda kanggo pangukuran remot sawijining. Kajaba iku, iku uga dhewe dadi bagéan saka sistem gabungan luwih gedhe, bareng karo pihak katelu (ing ngono sukses teleportation kabeh mbutuhake ubungan puter maneh karo pihak katelu iki).

A eksprimen khas teleportation kuantum njupuk negara asli murni lan gadhahanipun menyang aksara diwatesi, contone, enem cagak saka bal Bloch. Ing ngarsane kualitas decoherence saka negara direkonstruksi bisa ditulis quantitatively akurat teleportation F ∈ [0, 1]. akurasi iki antarane negara Alice lan Bob, averaged liwat kabeh asil deteksi ing saka Bell lan aksara asli. Kanggo angka cilik akurasi cara ana, saéngga kanggo teleportation cacat tanpa sumber ruwet. Contone, Alice langsung ngukur asline dening ngirim Bob kanggo preparation saka negara asil. strategi Takeran-latihan punika diarani minangka "teleportation klasik." Wis akurasi maksimal _kelas F = 2/3 kanggo maksud apa negara input, sampeyan padha karo abjad kahanan bebarengan adil kayata Bloch bal enem cagak.

Mangkono, pratondo langit nggunakake sumber daya kuantum punika F Nilai tliti> _{kelas F.}

Ora qubit single

Miturut fisika kuantum, teleportation saka qubits ora winates, iku uga kalebu sistem multi-dimensi. Kanggo saben wates ukuran d bisa dirumuske becik rencana teleportation nggunakake basis maximally vektor entangled negara kang bisa dijupuk saka negara maximally entangled diwenehi lan basis {U _k} operator kesatuan muasake ^{_{tr (U † j U k)}} = dδ j, k . Kaya protokol bisa dibangun kanggo maksud apa wates-Hilbert papan r. N. bedo sistem global.

Salajengipun, teleportation kuantum bisa aplikasi kanggo sistem karo papan Hilbert tanpa wates, disebut sistem terus-terusan-global. Minangka aturan, lagi temen maujud dening mode boson optik, lapangan listrik kang bisa diterangake operator quadrature.

Kacepetan lan kahanan sing durung mesthi asas

Apa kacepetan teleportation kuantum? Informasi bisa ditularaké ing kacepetan sing padha kanggo kacepetan transmisi nomer padha klasik - bisa karo kacepetan cahya. Miturut teori, iku bisa mangkono digunakake, carane klasik ora bisa - contone, ing komputerisasi kuantum, endi data sing mung kasedhiya kanggo panampa.

Ora teleportation kuantum nglanggar Asas kahanan sing durung mesthi? Ing sasi, ing idea saka teleportation wis ora nemen dijupuk akeh dening sarjana, amarga iki pracaya sing nerak prinsip nglarang sembarang ukur utawa mindhai proses kanggo extract kabeh atom informasi utawa barang liyane. Sesuai karo asas kahanan sing durung mesthi, ing luwih tepat obyek wis mentas, sing liyane iku wis dipengaruhi dening proses scanning nganti titik wis ngrambah nalika negara asli saka obyek Kagodha kanggo kuwi ombone sing liyane ora bisa dipikolehi cukup informasi kanggo nggawe tiron a. Muni mestekake: yen wong ora bisa extract informasi saka obyek kanggo nggawe salinan sampurna, terakhir ora bisa rampung.

Quantum Teleportation kanggo Dummies

Nanging enem ilmuwan (Charles Bennett, Zhil Brassar, Claude Crépeau, Richard Dzhosa, Asyer Peres, lan Uilyam Vuters) nemu cara watara logika iki, nggunakake fitur ngrayakake lan paradoks mekanika kuantum dikenal minangka Einstein-Podolsky-Rosen. Padha nemu cara kanggo mindhai informasi teleported obyek A, lan bagean untested isih liwat èfèk saka transfer obyek ing kontak karo A tau ana.

Salajengipun, dening nglamar kanggo cahya C informasi mentas gumantung bisa lumebet ing negara A kanggo mindhai. Lan awake ora ing kondisi kaya proses scanning ngowahi, mangkono ngrambah iku teleportation, ora réplikasi.

Ing perjuangan kanggo sawetara

• The teleportation kuantum pisanan njupuk Panggonan ing 1997 meh bebarengan dening ilmuwan saka University of Innsbruck lan ing Universitas Roma. Sak eksprimen sumber foton gadhah polarisasi, lan salah siji saka sepasang foton entangled wis diganti supaya kaloro polarisasi foton asli ditampa. Mangkono loro foton sing diwenehi jarak saka saben liyane.
• Ing 2012, ana teleportation kuantum biasa (China Universitas Sains dan Teknologi) liwat alpine lake ing kadohan saka 97 km. A tim ilmuwan saka Shanghai dipimpin déning Juan Iinem ngatur kanggo berkembang mekanisme sugestif sing diijini Beam sabenere diangkah.
• Ing September, a teleportation kuantum rekaman ing 143 km iki digawa metu ing taun kang padha. ilmuwan Austria saka Academy of Sciences saka Austria lan ing Universitas Wina lan ing arah saka Antona Tsaylingera wis kasil ditularaké negara kuantum antarane loro Canary Islands of La Palma lan Tenerife. Ing eksprimen digunakake loro garis komunikasi optik ing mbukak, kvantumnaya lan klasik, frekuensi uncorrelated polarisasi tangled Pasangan saka sumber foton, sverhnizkoshumnye detektor siji-foton lan genggaman sinkronisasi jam.
• Ing 2015, para panliti saka National Institute US Standards lan Teknologi kanggo pisanan digawe transfer informasi liwat kadohan luwih saka 100 km saka serat optik. Iki bisa digawe thanks kanggo Institut detector foton digawe nggunakake nanowires superconducting saka molybdenum silicide.

Cetha sing becik saka sistem kuantum utawa teknologi durung ana lan panemon gedhe ing mangsa iku durung teka. Nanging, kita bisa nyoba kanggo ngenali calon bisa kanggo aplikasi tartamtu saka teleportation. cara nyangkok cocok mau diwenehake basis konsisten lan cara uga nyedhiyani mangsa kang paling kanggo teleportation kuantum lan aplikasi sawijining.

jarak cendhak

Teleportation jarak cendhak (1 m) minangka kuantum etungan subsistem piranti semikonduktor janjeni, paling kang diagram saka QED. Ing tartamtu, qubits superconducting transmonovye bisa njamin nentokake lan Highly akurat chip teleportation. Padha uga ngijini aliran langsung saka nyata-wektu, kang misale jek masalah ing Kripik photonic. Kajaba iku, padha nyedhiyani arsitektur liyane keukur, lan integrasi luwih saka teknologi ana minangka dibandhingake cedhak sadurungé, kayata ion kepepet. Saiki, mung drawback sistem ketoke wektu sesambungan winates sing (<100 ms). masalah iki bisa ditanggulangi dening nggunakake integrasi QED karo sirkuit semikonduktor muter sel memori gamelan (nitrogen-diganti karo lowongan utawa kristal doping karo unsur bumi), kang bisa nyedhiyani wektu sesambungan dawa kanggo kuantum saka panyimpenan data. Saiki, implementasine iki prakara kanggo efforts luwih saka masyarakat ilmiah.

link City

Kita teleport kanggo ukuran kutha (saperangan kilometer) bisa dikembangaké nggunakake mode optik. Ing mundhut cekap kurang, sistem iki nyedhiyani kacepetan dhuwur lan bandwidth. Padha bisa lengkap saka nindakake desktop kanggo sistem medium-macem operasi kanthi online utawa serat optik, karo integrasi bisa karo gamelan saka memori kuantum. Liwat long jarak, nanging karo kacepetan ngisor bisa ngrambah dening pendekatan Sato utawa dening ngembangaken repeaters apik adhedhasar pangolahan non-Gauss.

telekomunikasi

Long-distance teleportation kuantum (100 km) iku sawijining wilayah aktif, nanging isih ciloko saka masalah mbukak. qubits polarisasi - pelaku usaha paling apik kanggo-kacepetan kurang Teleport liwat long garis fiber optic komunikasi lan liwat udhara, nanging ing wayahe protokol punika kemungkinan amarga deteksi pepak Bella.

Senajan teleportation kemungkinan lan entanglement sing cocok kanggo aplikasi kayata distillation saka entanglement lan kriptografi kuantum, nanging cetha beda saka komunikasi kang resmi input kudu kanthi wadi.

Yen kita nampa alam kemungkinan iki, ing implementasine saka satelit sing ing jangkoan teknologi modern. Saliyane ing integrasi saka cara ranging, masalah utama sing losses dhuwur disebabaké déning nyebar saka Beam. Iki bisa ngalahake ing konfigurasi ngendi entanglement disebarake saka satelit kanggo teleskop terrestrial karo maksimum gedhe. Assuming maksimum satelit saka 20 cm ing 600 km dhuwur lan 1 m maksimum teleskop ing lemah, siji bisa nyana 75 DB mundhut ing saluran downlink sing kurang saka 80 mundhut DB ing lemah tingkat. Implementasine saka "satelit bumi" utawa "satelit kanca" sing luwih komplèks.

memori kuantum

panggunaan mangsa teleportation minangka bagéan saka jaringan keukur iku langsung related kanggo integrasi karo memori kuantum. Sing terakhir kudu duwe paling apik ing syarat-syarat antarmuka konversi efficiency "radiation-prakara ', akurasi rekaman lan maca, wektu lan kapasitas panyimpenan, kacepetan dhuwur lan kapasitas panyimpenan. Kaping kabeh iku ngijini sampeyan kanggo nggunakake repeaters kanggo nambahi Komunikasi adoh ngluwihi transfer langsung nggunakake kode koreksi kesalahan. Perkembangan saka memori kuantum apik bakal ngidini ora mung kanggo disebaraké entanglement lan Komunikasi jaringan teleportation, nanging uga disambungake kanggo proses informasi sing disimpen. Wekasanipun, iki bisa nguripake menyang jaringan mbagekke internasional komputer kuantum utawa basis kanggo Internet kuantum mangsa.

pembangunan janjeni

Pagelaran Nuclear dipunanggep atraktif amarga saka konversi efisien saka "cahya prakara" lan suwé milidetik sing saka panyimpenan, kang bisa nganti 100 ms needed kanggo ngirimaken cahya global. Nanging, pembangunan liyane majeng saiki samesthine ing basis saka sistem semikonduktor, ngendi muter banget memori kuantum gamelan Integrasi langsung karo arsitektur keukur saka sirkuit QED. memori iki ora mung bisa ngluwihi wektu sesambungan sirkuit QED, nanging uga kanggo nyedhiyani antarmuka optik-gelombang mikro kanggo interconversion telekomunikasi lan chip foton gelombang mikro optik.

Mangkono, panemon mangsa ilmuwan ing lapangan internet kuantum ingkang saged adhedhasar komunikasi optik long-distance, Unit semiconducting napsirake kanggo Processing Alexa kuantum.