Quantum teleportation: დიდი აღმოჩენები ფიზიკოსები

Quantum teleportation არის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ოქმები კვანტური ინფორმაცია. დაყრდნობით ფიზიკური რესურსების დაბნეულობა, ეს არის მთავარი ელემენტი, სხვადასხვა სახის ინფორმაციის ამოცანები და წარმოადგენს მნიშვნელოვან ნაწილს კვანტური ტექნოლოგიების როლს საქართველოს შემდგომი განვითარების კვანტური გამოთვლითი, ქსელის და კომუნიკაციები.

From სამეცნიერო ფანტასტიკა სამეცნიერო აღმოჩენები

უკვე ორი ათეული წლის შემდეგ აღმოჩენა კვანტური ტელეპორტაცია, რომელიც, სავარაუდოდ, ერთ-ერთი ყველაზე საინტერესო და საინტერესო შედეგებს "უცნაურობა" კვანტური მექანიკის. სანამ ეს გაკეთდა დიდი აღმოჩენები, ეს იდეა ეკუთვნოდა სფეროში სამეცნიერო ფანტასტიკა. პირველი გამოიგონეს 1931 წელს ჩარლზ ჰ Fort ტერმინი "ტელეპორტაცია" მას შემდეგ, რაც უკვე აღსაწერად პროცესი, რომლის დროსაც სხეულის და ობიექტი გადაეცემა ერთი ადგილიდან მეორეზე, ეს არ არის ნამდვილად დასაძლევად მათ შორის მანძილი.

1993 წელს მან გამოაქვეყნა სტატია, სადაც აღწერილია ოქმის კვანტური ინფორმაცია, სახელწოდებით "კვანტური ტელეპორტაცია", რომელიც გაიზიარა ზოგიერთი სიმპტომები ზემოთ ჩამოთვლილი. ეს უცნობი სახელმწიფო ფიზიკური სისტემის ფასდება და შემდგომში გამრავლება, ან "ხელახლა აპირებს" დისტანციური საიტი (ფიზიკური ელემენტების ორიგინალური სისტემა რჩება ადგილი გადაცემა). ეს პროცესი მოითხოვს კლასიკურ კომუნიკაციის საშუალებები და აღმოფხვრის superluminal კომუნიკაცია. ის მოითხოვს ცხოვრების არეულობას. ფაქტობრივად, ტელეპორტაცია შეიძლება ჩაითვალოს, როგორც ოქმს კვანტური ინფორმაცია, რომ ყველაზე ნათლად მეტყველებს იმაზე, რომ ბუნება დაბნეულობა გარეშე ყოფნა სახელმწიფო გადაცემის არ იქნება შესაძლებელი ფარგლებში კანონები, რომელიც აღწერს კვანტური მექანიკის.

ტელეპორტაცია ითამაშა აქტიური როლი განვითარების მეცნიერების ინფორმაცია. ერთის მხრივ, ეს არის კონცეპტუალური ოქმი, რომელიც გადამწყვეტ როლს თამაშობს განვითარების ფორმალური კვანტური ინფორმაციის თეორია, და, მეორე ეს არის ფუნდამენტური კომპონენტი ბევრი ტექნოლოგიები. კვანტური რეტრანსლატორი - საკვანძო ელემენტს საქალაქთაშორისო საკომუნიკაციო. ტელეპორტაცია quantum კონცენტრატორები, გამოთვლის საფუძველზე გაზომვები და კვანტური ქსელი - ყველა დერივატები. იგი გამოიყენება როგორც მარტივი ინსტრუმენტი შესწავლა "ექსტრემალური" ფიზიკის, დროებითი მოსახვევებში და აორთქლების შავ ხვრელებად.

დღეს კვანტური ტელეპორტაცია დაადასტურა ლაბორატორიები მსოფლიოს გამოყენებით სხვადასხვა substrates და ტექნოლოგიების, მათ შორის photonic qubits, ბირთვული მაგნიტური რეზონანსის, ოპტიკური რეჟიმები, ჯგუფების ატომები, ხაფანგში ატომები და ნახევარგამტარული სისტემები. განსაკუთრებული შედეგი არ იქნა მიღწეული ტელეპორტაცია სპექტრი მოდის ექსპერიმენტი თანამგზავრების. უფრო მეტიც, მცდელობა გაკეთდა გავაფართოვოთ უფრო რთული სისტემები.

ტელეპორტაცია of qubits

Quantum teleportation პირველად აღწერილი იყო, რომ ორი დონის სისტემები, ე.წ. qubits. ოქმი განიხილავს ორი დისტანციური, მოუწოდა Alice და ბობ, ვინც იზიარებს Qubit 2, A და B სუფთა entangled სახელმწიფო, ასევე მოუწოდა Bell წყვილი. შესასვლელში Alice მოცემულ სხვა Qubit და რომელთა მდგომარეობა ρ უცნობია. ეს მაშინ ასრულებს ერთობლივი quantum საზომი, ე.წ. აღმოჩენის Bell. იგი ახორციელებს და ა ერთი ოთხი Bell შტატები. შედეგად, შეყვანის სახელმწიფო Qubit როდესაც იზომება Alice ქრება და Bob B Qubit ერთდროულად დაპროექტებული P ^† _k ρP _k. ბოლო ნაბიჯი ოქმი Alice აგზავნის კლასიკური შედეგად მისი გაზომვა ბობ, რომელიც ვრცელდება Pauli P _k ოპერატორი აღდგენა ორიგინალური ρ.

საწყის მდგომარეობას Qubit Alice მიიჩნევა ანონიმურად, რადგან წინააღმდეგ შემთხვევაში ოქმის შემცირდა მისი დისტანციური საზომი. გარდა ამისა, ეს შეიძლება იყოს თავად ნაწილი უფრო დიდი კომპოზიციური სისტემის, გაუზიარეს მესამე მხარის (ამ შემთხვევაში წარმატებული ტელეპორტაცია ყველა მოითხოვს აღწარმოება კავშირის მესამე მხარის).

ტიპიური ექსპერიმენტი კვანტური ტელეპორტაცია იღებს სუფთა ორიგინალი და კუთვნილი შეზღუდული ანბანი, მაგალითად, ექვსი პოლონელები Bloch სფეროში. თანდასწრებით decoherence ხარისხის განახლებული სახელმწიფო შეიძლება გამოიხატოს რაოდენობრივად ზუსტი ტელეპორტაცია F ∈ [0, 1]. ეს სიზუსტით სახელმწიფოებს შორის Alice და ბობ საშუალოდ ყველა გამოვლენის შედეგების Bell და ორიგინალური ანბანი. მცირე ღირებულებები სიზუსტეს მეთოდები არსებობს, რომელიც შესაძლებელს გახდის არასრულყოფილი ტელეპორტაცია გარეშე რთული რესურსი. მაგალითად, Alice შეიძლება პირდაპირ გავზომოთ ორიგინალი გაგზავნით Bob მომზადების შედეგად სახელმწიფო. ეს საზომი ტრენინგის სტრატეგია მოხსენიებული, როგორც "კლასიკური ტელეპორტაცია". მას გააჩნია მაქსიმალური სიზუსტით F _class = 2/3 ნებისმიერი შეტანის სახელმწიფო, ეკვივალენტს ანბანური ორმხრივად ობიექტური პირობები, როგორიცაა Bloch სფეროში ექვსი ბოძები.

აქედან გამომდინარე, ნათლად მეტყველებს გამოყენების quantum რესურსების ზუსტი მნიშვნელობა F> F _{კლასი.}

არც ერთი Qubit

მისი თქმით, კვანტური ფიზიკა, ტელეპორტაცია of qubits შეზღუდული არ არის, ის შეიძლება შეიცავდეს მრავალ განზომილებიანი სისტემა. თითოეული სასრულ ღონისძიების დ შეიძლება ჩამოყალიბდეს იდეალური სქემა ტელეპორტაცია გამოყენებით საფუძველზე მაქსიმალურად entangled სახელმწიფო ვექტორები, რომელიც შეიძლება მიღებული მოცემული მაქსიმალურად entangled სახელმწიფო და საფუძველი {U _k} ერთიანი ოპერატორები დაკმაყოფილების ^{_{tr (U † j U k)}} = dδ j, k . ასეთი ოქმი შეიძლება აშენდეს ნებისმიერი სასრულ-ჰილბერტის სივრცეში r. N. დისკრეტული ცვლადი სისტემები.

გარდა ამისა, კვანტური ტელეპორტაცია შეუძლია მიმართოს სისტემები უსასრულო ჰილბერტის სივრცეში, სახელწოდებით მუდმივად ცვლადი სისტემები. როგორც წესი, ისინი მიხვდნენ, ოპტიკური ბოზონი რეჟიმები, ელექტრული ველი რომელიც შეიძლება შეფასდეს quadrature ოპერატორები.

სიჩქარე და გაურკვევლობის პრინციპი

რა არის სიჩქარე კვანტური ტელეპორტაცია? ინფორმაცია გადაიცემოდა სიჩქარე მსგავსი სიჩქარე გადაცემა იმავე რაოდენობის კლასიკური - შესაძლოა სინათლის სიჩქარით. თეორიულად, შეიძლება ამით უნდა იქნას გამოყენებული, როგორ კლასიკური არ შეუძლია - მაგალითად, კვანტური გამოთვლითი, სადაც მონაცემები ხელმისაწვდომია მხოლოდ მიმღები.

ამჯამად კვანტური ტელეპორტაცია არღვევს გაურკვევლობის პრინციპი? წარსულში, იდეა ტელეპორტაცია არ არის ნამდვილად სერიოზულად მეცნიერები, რადგან მას სჯეროდა, რომ ეს არღვევს კრძალავს რაიმე საზომი ან სკანირების პროცესი ამონაწერი ყველა ინფორმაცია atom ან სხვა ობიექტი. შესაბამისად პრინციპი გაურკვევლობა, უფრო ზუსტი ობიექტი დასკანირებული, მით უფრო, რომ გავლენას ახდენს სკანირების პროცესი სანამ წერტილი მიიღწევა, როდესაც ორიგინალი ობიექტის შეშფოთებული ისეთი მოცულობით, რომ მეტი არ შეიძლება მიღებული საკმარისი ინფორმაცია, რათა შეიქმნას replica. ეს დამაჯერებლად ჟღერს: თუ ადამიანს არ შეუძლია ამონაწერი ინფორმაციას ობიექტის შექმნას სრულყოფილი ასლები, ეს უკანასკნელი არ შეიძლება გაკეთდეს.

Quantum ტელეპორტაცია for Dummies

მაგრამ ექვსი მეცნიერები (Charles Bennett, Zhil Brassar, კლოდ Crépeau, რიჩარდ Dzhosa, Asher Peres და Uilyam Vuters) ი გზა გარშემო, ამ ლოგიკით გამოყენებით განთქმული და პარადოქსული ფუნქცია კვანტური მექანიკის ცნობილია, როგორც Einstein-პოდოლსკი-Rosen. მათ აღმოაჩინეს გზა სკანირების ინფორმაცია ხარვეზები ობიექტის, ხოლო დარჩენილი შეუმოწმებელი ნაწილი მეშვეობით ეფექტი გადაცემის სხვა ობიექტების კონტაქტში არ დაემორჩილონ.

ამის შემდეგ, გამოყენების to C ექსპოზიციის დამოკიდებული დასკანირებული ინფორმაცია შეიძლება შევიდა სახელმწიფოს, როგორ ეძებოს. და თავად არ არის იმავე მდგომარეობაში, როგორც შეცვალა სკანირების პროცესს, რითაც მიღწეული ტელეპორტაცია, არ რეპლიკაცია.

ბრძოლა სპექტრი

• პირველი კვანტური ტელეპორტაცია მოხდა 1997 წელს თითქმის ერთდროულად მეცნიერები უნივერსიტეტის Innsbruck და უნივერსიტეტის რომში. დროს ექსპერიმენტი ფოტონის წყარო, რომელსაც პოლარიზაცია, და ერთი წყვილი entangled ფოტონები შეცვლილია ისე, რომ მეორე ორიგინალური პოლარიზაცია photon მიიღო. ამდენად ორივე ფოტონები არიან Spaced ერთმანეთისგან.
• 2012 წელს, იყო რეგულარული კვანტური ტელეპორტაცია (ჩინეთის უნივერსიტეტის მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების) ალპური ტბა მანძილი 97 კმ. გუნდი მეცნიერთა from Shanghai რომელსაც ხუან Iinem მოახერხა განვითარება დამაფიქრებელი მექანიზმი, რომელიც დაშვებული ზუსტად მიზნობრივად სხივი.
• სექტემბერში, ჩანაწერი კვანტური ტელეპორტაცია 143 კმ განხორციელდა იმავე წელს. ავსტრიის მეცნიერები მეცნიერებათა აკადემიის და ავსტრიის ვენის უნივერსიტეტის ხელმძღვანელობით antona Tsaylingera წარმატებით გადამდები კვანტურ ორ კანარის კუნძულები La Palma და Tenerife. ექსპერიმენტი გამოიყენება ორი ოპტიკური საკომუნიკაციო ხაზების ღია, kvantumnaya და კლასიკური, სიხშირე uncorrelated პოლარიზაცია ჩახლართულ წყვილი ფოტონები წყაროები, sverhnizkoshumnye ერთ photon დეტექტორები და clutch საათის სინქრონიზაცია.
• In 2015, მკვლევარები ამერიკის ეროვნული ინსტიტუტის სტანდარტებისა და ტექნოლოგიების პირველად გააკეთა ინფორმაციის გადაცემის მანძილზე 100-ზე მეტი კმ ოპტიკური. ეს შესაძლებელი გახდა წყალობით ინსტიტუტმა შექმნა photon detector გამოყენებით ზეგამტარი nanowires მოლიბდენის silicide.

ნათელია, რომ იდეალური კვანტური სისტემის ან ტექნოლოგიის ჯერ არ არსებობს და დიდი აღმოჩენები მომავალში კიდევ მოვა. მიუხედავად ამისა, ჩვენ შეგვიძლია ვცდილობთ შესაძლო კანდიდატების კონკრეტული პროგრამა ტელეპორტაცია. შესაფერისი შეჯვარების მათ მოწოდებული თანმიმდევრული საფუძველზე და მეთოდების გთავაზობთ ყველაზე პერსპექტიული მომავალი კვანტური ტელეპორტაცია და მისი პროგრამა.

მოკლე დისტანციებზე

ტელეპორტაცია მოკლე მანძილი (1 მ), როგორც კვანტური გამოთვლები ქვესისტემის პერსპექტიული ნახევარგამტარული მოწყობილობების, საუკეთესო რომლის სქემა QED. კერძოდ, ზეგამტარი qubits transmonovye შეგიძლიათ გარანტიას დეტერმინისტული და მაღალი სიზუსტით, ტელეპორტაცია ჩიპი. მათ ასევე საშუალებას პირდაპირი ნაკადი რეალურ დროში, რომელიც, როგორც ჩანს პრობლემატური ფოტონური ჩიპი. გარდა ამისა, ისინი უფრო scalable არქიტექტურა, და უკეთესი ინტეგრაცია არსებული ტექნოლოგიების შედარებით წინა მიდგომები, როგორიცაა ხაფანგში იონების. ამჟამად, ერთადერთი პრობლემა ამ სისტემების, როგორც ჩანს, მათი შეზღუდული თანხვედრას დროს (<100 ms). ეს პრობლემა შეიძლება გადაწყდეს გამოყენებით QED ინტეგრაციის ნახევარგამტარული სქემები დაიძაბება ანსამბლი მეხსიერების უჯრედები (აზოტის შეცვალეს ვაკანსიების ან ბროლის ლეგირებული ერთად იშვიათმიწა ელემენტების), რომელსაც შეუძლია უზრუნველყოს ხანგრძლივი თანხვედრას დრო კვანტური მონაცემთა შენახვის. ამჟამად, ამ განხორციელება საქმეა დიდი ძალისხმევით სამეცნიერო საზოგადოებას.

ქალაქი ლინკი

Us teleport ქალაქის მასშტაბით (რამდენიმე კილომეტრში) შეიძლება განვითარდეს გამოყენებით ოპტიკური რეჟიმები. საკმარისად დაბალი დაკარგვა, ამ სისტემების მაღალი სიჩქარით და სიჩქარეს. ისინი შეიძლება გაგრძელდეს desktop შესრულება, რომ საშუალო რადიუსის სისტემები მოქმედი საჰაერო ან ოპტიკურ-ბოჭკოვანი, შესაძლო ინტეგრაციის ანსამბლი quantum მეხსიერება. მეტი ხნის მანძილზე, მაგრამ დაბალი სიჩქარით მიიღწევა ჰიბრიდული მიდგომა ან განვითარებადი კარგი გამაძლიერებლები საფუძველზე არასამთავრობო გაუსის პროცესებში.

სატელეკომუნიკაციო

საქალაქთაშორისო კვანტური ტელეპორტაცია (100 კმ) არის აქტიური სფეროში, მაგრამ მაინც განიცდის ღია პრობლემა. პოლარიზაცია qubits - საუკეთესო მატარებლების დაბალი სიჩქარით teleport მეტი ხნის ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო და ჰაერში, მაგრამ ამ ეტაპზე, ოქმის ალბათური გამო არასრული გამოვლენის Bella.

მიუხედავად იმისა, რომ ალბათური ტელეპორტაცია და entanglement მიესადაგება განაცხადების როგორიცაა დისტილაციით ფიქრმა და კვანტური კრიპტოგრაფიის, მაგრამ ეს აშკარად განსხვავდება ურთიერთობა, რომელშიც შეყვანის ინფორმაცია სრულად უნდა იქნას დაცული.

თუ ჩვენ ვიღებთ ამ ალბათური ხასიათის, განხორციელების სატელიტური ფარგლებში მიუწვდომელ თანამედროვე ტექნოლოგიებით. გარდა ამისა, ინტეგრაცია აღრიცხვის მეთოდები, მთავარი პრობლემა არის მაღალი მიყენებული ზარალის გავრცელების სხივი. ეს შეიძლება დაიძლიოს კონფიგურაციის სადაც დაბრკოლების ნაწილდება სატელიტური ხმელეთის ტელესკოპი დიდი დიაფრაგმა. თუ დავუშვებთ, სატელიტური დიაფრაგმა 20 სმ 600 კმ სიმაღლეზე და 1 მ დიაფრაგმა ტელესკოპი ადგილზე, შეიძლება ველოდოთ დაახლოებით 75 დეციბელი ზარალის downlink არხი, რომელიც ნაკლებია, ვიდრე 80 dB დაკარგვა ადგილზე დონეზე. განხორციელება "დედამიწის თანამგზავრი" ან "თანამგზავრი თანამგზავრი" უფრო რთული.

კვანტური მეხსიერება

მომავალი გამოყენება ტელეპორტაცია, როგორც ნაწილი scalable ქსელის პირდაპირ უკავშირდება მისი ინტეგრაცია quantum მეხსიერება. ამ უკანასკნელს უნდა ჰქონდეს განხორციელებული თვალსაზრისით ეფექტურობის კონვერტაციის ინტერფეისი "რადიაციული საკითხზე", სიზუსტეს ჩაწერა და მოსმენით, დრო და შენახვის მოცულობა, მაღალი სიჩქარე და შენახვის მოცულობა. პირველ რიგში, ეს საშუალებას გაძლევთ გამოიყენოთ გამაძლიერებლები გაღრმავების ურთიერთობა სცილდება პირდაპირი გადაცემის გამოყენებით შეცდომა კორექცია კოდები. განვითარების კარგი quantum მეხსიერება მისცემს არა მხოლოდ გავრცელება ფიქრმა და ტელეპორტაცია ქსელის საკომუნიკაციო, არამედ დაკავშირებული დამუშავებას ინახება ინფორმაცია. საბოლოო ჯამში, ეს შეიძლება იქცეს ქსელი საერთაშორისო ნაწილდება კვანტური კომპიუტერი ან სამომავლო quantum ინტერნეტში.

იმედის მომცემი

ბირთვული ანსამბლები ტრადიციულად ითვლება მიმზიდველი, რადგან მათი ეფექტური კონვერტაციის "ნათელი საკითხზე" და მათი millisecond შენახვის, რომელიც შეიძლება იყოს 100-მდე ms საჭირო იყო ნათელი გლობალურად. თუმცა, უფრო მოწინავე განვითარებული მოვლენების ახლა მოსალოდნელია საფუძველზე ნახევარგამტარული სისტემები, სადაც შესანიშნავი spin ანსამბლი quantum მეხსიერება პირდაპირ ინტეგრირებულია scalable არქიტექტურა ჩართვა QED. ეს მეხსიერების შეიძლება არა მხოლოდ ვრცელდება თანხვედრას დროს ჩართვა QED, არამედ გთავაზობთ ოპტიკურ-მიკროტალღური ინტერფეისით ურთიერთგარდაქმნაში ოპტიკური სატელეკომუნიკაციო და ჩიპი მიკროტალღოვანი photons.

ამდენად, მომავალი აღმოჩენები მეცნიერების სფეროში quantum ინტერნეტ სავარაუდოდ უნდა ეფუძნებოდეს საქალაქთაშორისო ოპტიკური საკომუნიკაციო, conjugated ნახევარგამტარული ერთეული კვანტური ინფორმაციის დამუშავება.