የኳንተም teleportation: የፊዚክስ ታላቅ ግኝቶች

የኳንተም teleportation ኳንተም መረጃ ውስጥ በጣም አስፈላጊ ፕሮቶኮሎች አንዱ ነው. ግራ አካላዊ ሀብቶች ላይ የተመሠረተ, ይህም የተለያዩ የመረጃ ተግባራት ዋና ንጥረ ነገር ነው ኳንተም ኮምፒውተር, ድረ እና የግንኙነታቸው ተጨማሪ ልማት ውስጥ ቁልፍ ሚና ሲጫወት ኳንተም ቴክኖሎጂዎችን ወሳኝ ክፍል ይወክላል.

ሳይንሳዊ ግኝቶች ጋር የሳይንስ ልብወለድ ከ

ይህ ምናልባት ኳንተም መካኒክስ መካከል "ባይተዋርነት" በጣም ሳቢ እና አጓጊ የሆኑ መዘዞች አንዱ ነው ኳንተም teleportation ያለውን ግኝት, ጀምሮ ከሁለት አስርት ዓመታት በላይ ቆይቷል. እነዚህ ታላላቅ ግኝቶች ተደርገዋል በፊት ይህን ሐሳብ የሳይንስ ልብወለድ ግዛት አባል ነበር. በመጀመሪያ ቻርልስ ኤች ፎርት ቃል "teleportation" በ 1931 የተፈለሰፈው ጀምሮ አካል እና ነገሮች ከአንድ ቦታ ወደ ሌላ እየተላለፉ ናቸው በማድረግ ሂደት ለመግለጽ ጥቅም ላይ ውሏል, በእርግጥ በእነርሱ መካከል ያለውን ርቀት ማሸነፍ አይደለም.

በ 1993 እሱ ከላይ ከተጠቀሱት ምልክቶች መካከል አንዳንዶቹ የተጋሩ ሰዎች "ኳንተም teleportation" ተብሎ ኳንተም መረጃ ፕሮቶኮል የሚገልጽ አንድ ጽሑፍ, አሳተሙ. ይህም አካላዊ ስርዓት ያልታወቀ ሁኔታ የሚለካው እና በቀጣይነትም ሊባዛ ወይም ሩቅ ጣቢያ ውስጥ "ዳግም-ይሄዳል" ነው (የመጀመሪያው ሥርዓት አካላዊ ንጥረ ነገሮች ቦታ ዝውውር ላይ መቆየት). ይህ ሂደት የመገናኛ ጥንታዊ ዘዴ ይጠይቃል እና superluminal የመገናኛ አያስቀርም. ይህ ግራ የሆነ ሕይወት ይጠይቃል. እንዲያውም, teleportation በጣም በግልጽ ውዥንብር ተፈጥሮ የሚያሳይ ኳንተም መረጃ ፕሮቶኮል ሆኖ ሊታይ ይችላል: ማስተላለፍ አንድ ሁኔታ ፊት ወደ ኳንተም መካኒክስ የሚገልጹ ሕጎች መካከል ማዕቀፍ ውስጥ የሚቻል አይሆንም ያለ.

Teleportation መረጃ ሳይንስ ልማት ውስጥ ንቁ ሚና ተጫውቷል. በአንድ በኩል, ይህ መደበኛ ኳንተም እድገት ላይ ወሳኝ ሚና ይጫወታል ይህም ፅንሰ ፕሮቶኮል ነው መረጃ ንድፈ ሐሳብ, እንዲሁም በሌሎች ላይ ብዙ ቴክኖሎጂዎች መካከል መሠረታዊ አካል ነው. የ ኳንተም repeater - የረጅም ርቀት መገናኛ ቁልፍ አባል. Teleportation ኳንተም ይቀይራል, መለኪያዎች እና ኳንተም አውታረ መረብ ላይ የተመሠረተ ስሌት - ከእርሷ ሁሉ ተዋጽኦዎች ናቸው. ይህ ጊዜያዊ ኮርነሮች እና በትነት ላይ ፊዚክስ "ጽንፈኛ", ለማጥናት ቀላል መሣሪያ ሆኖ ያገለግላል ጥቁር ቀዳዳዎች.

photonic qubits, የኑክሌር መግነጢሳዊ ሬዞናንስ, የጨረር ሁነታዎች, አተሞች ቡድኖች, ለተከበቡት አቶሞች እና semiconductor ሥርዓቶችን ጨምሮ substrates እና ቴክኖሎጂዎች, የተለያዩ በመጠቀም በዓለም ዙሪያ ላቦራቶሪዎች ውስጥ ተረጋግጧል ዛሬ ኳንተም teleportation. ያልተከፈሉ ውጤት ሳተላይቶች ጋር teleportation ክልል በሚመጡት ሙከራዎች ውስጥ ተመዝግቧል. ከዚህም በላይ ሙከራዎች ይበልጥ ውስብስብ ስርዓቶች እስከ የሚመጠንበት ተደርገዋል.

qubits መካከል teleportation

የኳንተም teleportation በመጀመሪያ ሁለት-ደረጃ ስርዓቶች, የሚባሉት qubits ለ ተገልጿል ነበር. qubit 2 የሚጋሩ አሊስ እና ቦብ ጠራ ሁለት የርቀት ወገኖች, በመመርመር ፕሮቶኮል, A እና B ንጹህ ተጠላልፈው ሁኔታ ውስጥ ናቸው, ደግሞ ቤል ጥንድ ይባላል. አሊስ ወደ መግቢያ ላይ የማን ሁኔታ ρ አይታወቅም ሌላ qubit እና ይሰጠዋል. ይህ ታዲያ, አንድ የጋራ ኳንተም የመለኪያ እንደሚሰራ ቤል ያለውን ግኝት ይባላል. ይህም አራት ቤል ግዛቶች መካከል በአንዱ ውስጥ እና አንድ ይዟል. በዚህም ምክንያት, አሊስ የሚለካው ጊዜ qubit ያለውን ግቤት ሁኔታ ተሰወረ እና ቦብ ቢ በአንድ ^† _ተ ρP _k P ላይ ፕሮጀክት _qubit. የመጨረሻ እርምጃ ፕሮቶኮል ውስጥ አሊስ የመጀመሪያው ρ ለማስመለስ Pauli P _k ከዋኝ ተግባራዊ ማን በውስጡ መለካት ቦብ, አንድ ክላሲካል ውጤት ያስተላልፋል.

አለበለዚያ ፕሮቶኮል የራሱ የርቀት የመለካት ቀንሷል ነው ምክንያቱም አንድ qubit አሊስ የመጀመሪያ ሁኔታ, አልባ ይቆጠራል. በተጨማሪም, ይህ ራሱ ከሶስተኛ ወገን ጋር የተጋሩ በትልቁ የተውጣጣ ሥርዓት, አካል ሊሆን ይችላል (በዚህ ጉዳይ የተሳካ teleportation ሁሉ በዚህ የሶስተኛ ወገን ጋር ማጫወት እስኪፈተሸ ይጠይቃል).

ኳንተም teleportation አንድ ዓይነተኛ ሙከራ, ለምሳሌ ያህል, አንድ የተገደበ ፊደል ወደ Bloch የሉል ስድስት መሎጊያዎች ንጹሕ የመጀመሪያው ሁኔታ እና ንብረት ይወስዳል. ከተገነባው መንግስት decoherence ጥራት ፊት መጠናዊ ትክክለኛ teleportation F ∈ [0, 1] ሊገለጽ ይችላል. አሊስ እና ቦብ ስለ ግዛቶች መካከል ይህ ትክክለኛ, ወደ ቤል እና የመጀመሪያው ፊደላት ሁሉ ማወቂያ ውጤቶች ላይ በአማካይ. ዘዴዎች ትክክለኛነት ትንሽ እሴቶች ያህል ውስብስብ ሀብት ያለ ፍጽምና teleportation ለማግኘት በመፍቀድ, የለም. ለምሳሌ ያህል, አሊስ በቀጥታ በማያያዝም ሁኔታ ዝግጅት ቦብ በመላክ የመጀመሪያው ሁኔታ መለካት ይችላል. ይህ መለካት-ስልጠና ስትራቴጂ ተብለው "ክላሲካል teleportation." ይህ F _ክፍል = ማንኛውም የግቤት ሁኔታ 2/3, ተመጣጣኝ በፊደል እንደ Bloch ሉል ስድስት ዋልታዎች እንደ በጋራ unbiased ሁኔታዎች ከፍተኛ ትክክለኛነት አለው.

በመሆኑም quantum ሀብቶች አጠቃቀም መኖሩን በግልጽ የሚያሳየው አንድ ትክክለኛነት እሴት ረ> የ F _{ክፍል ነው.}

አንድም qubit

መሠረት ኳንተም ፊዚክስ, qubits መካከል teleportation የተወሰነ አይደለም, አንድ ባለብዙ-ልኬት ሥርዓት ሊያካትት ይችላል. እያንዳንዱ ጋዝም መስፈሪያ መ ለ መሠረት ቢበዛ ቢበዛ እያደረገኝ ሁኔታ በአንድ የተሰጠ ቢበዛ ቢበዛ ተጠላልፈው ሁኔታ ማግኘት ይቻላል ይህም የሚያዛምቱባቸው እና አንድ መሠረት {U _{ተ} ^tr} አርኪ unitary ከዋኞች ^{_{(U † j U k)}} በመጠቀም ተስማሚ መርሃግብር teleportation በመንደፍ ይቻላል = dδ j, k . እንዲህ ዓይነቱ ፕሮቶኮል ማንኛውም ጋዝም-Hilbert ቦታ r. ኤን ለ ግንባታ ይቻላል discrete ተለዋዋጭ ስርዓቶች.

ከዚህም ኳንተም teleportation በቀጣይነት-ተለዋዋጭ ስርዓት ተብለው የሌለው Hilbert ቦታ ጋር ስርዓቶች, ማመልከት ይችላሉ. እንደ ደንብ ሆኖ, እነርሱ የጨረር boson ሁነታዎች, quadrature ከዋኞች ሊገለጽ ይችላል ይህም የኤሌክትሪክ መስክ የሚገነዘበው ነው.

ፍጥነት እና አስተማማኝ መርህ

ኳንተም teleportation ፍጥነት ምንድን ነው? የመረጃ በሚታወቀው ተመሳሳይ ቁጥር በማስተላለፍ ፍጥነት ጋር ተመሳሳይ ፍጥነት የሚተላለፍ ነው - ምናልባት ጋር በብርሃን ፍጥነት. በንድፈ, ይህ መንገድ እንዴት ክላሲካል አይችሉም, ጥቅም ላይ ሊውል ይችላል - ለምሳሌ, የ ውሂብ ለተቀባዩ ብቻ ይገኛሉ የት ኳንተም ኮምፒውተር ውስጥ.

ኳንተም teleportation ጥሶ ወደ የሚያሳድርብህን መርህ? ይህ ሁሉ መረጃ አቶም ወይም ሌላ ነገር ለማውጣት ማንኛውንም የመለኪያ ወይም ቅኝት ሂደት የሚከለክለውን መርህ የሚጥስ እንደሆነ ያምኑ ነበር; ምክንያቱም ከዚህ ቀደም ውስጥ, teleportation ሃሳብ በእርግጥ, ምሁራን በቁም ነገር አይደለም. በነገሩ የመጀመሪያ ሁኔታ ተጨማሪ አንድ ባልተከተለ ለመፍጠር በቂ መረጃ ማግኘት አይችልም እንደዚህ ያለ መጠንም ታወከ ጊዜ አንድ ነጥብ ላይ ሲደረስ ድረስ አለመረጋጋት መርህ መሠረት, ይበልጥ ትክክለኛ ያለውን ነገር ስካን ነው, ይበልጥ ይህም ቅኝት ሂደት ተጽዕኖ ነው. ይህ አሳማኝ ድምጾች: አንድ ሰው ፍጹም ቅጂ ለመፍጠር ነገር መረጃ ማውጣት አይችልም ከሆነ, ሁለተኛውን ሊከናወን አይችልም.

ኢቮሉሽን የኳንተም Teleportation

ነገር ግን ስድስት ሳይንቲስቶች (ቻርልስ ቤኔት, Zhil Brassar, ክሎድ ክራፖ, ሪቻርድ Dzhosa, ከአሴር Peres, እና Uilyam Vuters) የ አንስታይን-Podolsky ግሮስ በመባል የሚታወቀው ኳንተም መካኒክስ አንድ ታዋቂ እና አያዎአዊ ባህሪ በመጠቀም, ይህ ሎጂክ ዙሪያ መንገድ አገኘ. እነዚህ መረጃዎች teleported የነገር አንድ ለመቃኘት መንገድ, እና አንድ ኑሩ ፈጽሞ ጋር ግንኙነት ውስጥ ዝውውር ሌሎች ነገሮች ውጤት በኩል የተቀሩት እንዲጠጉ ክፍል አልተገኘም.

የኋላ, C መጋለጥ ጥገኛ የተቃኘው መረጃ ተግባራዊ በማድረግ ለመቃኘት ግዛት አንድ ገብቶ ሊሆን ይችላል. ራሱን በዚህ መንገድ ማሳካት, ወደ ሊቀለበስ ቅኝት ሂደት ተመሳሳይ ሁኔታ ውስጥ አይደለም teleportation እንጂ ማባዛት ነው.

ክልል ለ ትግል

• የመጀመሪያው ኳንተም teleportation Innsbruck ዩኒቨርሲቲ እና ሮም ዩኒቨርስቲ ሳይንቲስቶች ማለት ይቻላል በተመሳሳይ በ 1997 የተከናወነው. በሙከራ ጊዜ አንድ ፎቶን ምንጭ አንድ እናትኩር ያለው ሲሆን ሁለተኛው የመጀመሪያውን እናትኩር ፎቶን የተቀበለው እንዲሁ እያደረገኝ ፎቶኖች ጥንድ አንዱ ተቀይረዋል. በመሆኑም ሁለቱም ፎቶኖች እርስ በርስ ጀምሮ ሊከሰቱ የሚችሉ ናቸው.
• በ 2012, 97 ኪሜ ርቀት ላይ አልፓይን ሐይቅ በኩል መደበኛ ኳንተም teleportation (ሳይንስ እና ቴክኖሎጂ ቻይና ዩኒቨርሲቲ). ሁዋን Iinem የሚመሩ የሻንጋይ ከ ሳይንቲስቶች ቡድን በትክክል ኢላማ በሞገድ የፈቀደው አንድ ቀስቃሽ ዘዴ ለማዘጋጀት የሚተዳደር.
• መስከረም ውስጥ, 143 ኪሎ ሜትር ላይ ሪኮርድ ኳንተም teleportation በዚያው ዓመት ተሸክመው ነበር. ኦስትሪያ የሳይንስ አካዳሚ እና Antona Tsaylingera አመራር ሥር ቪየና ዩኒቨርስቲ የኦስትሪያ ሳይንቲስቶች በተሳካ ላ Palma ተነራይፍ ሁለት የካናሪ ደሴቶች መካከል ኳንተም ግዛቶች ይተላለፋል አድርጓል. ሙከራው ክፍት, kvantumnaya እና ፎቶኖች ምንጮች ክላሲካል, ድግግሞሽ uncorrelated እናትኩር ተወሳሰበ ጥንድ ውስጥ ሁለት ኦፕቲካል የግንኙነት መስመሮች ተጠቅሟል, ነጠላ-ፎቶን በሚተከሉ እና ክላቹንና የሰዓት ማመሳሰል sverhnizkoshumnye.
• 2015 ውስጥ, ለመጀመሪያ ጊዜ የአሜሪካ ብሔራዊ ደረጃዎች መካከል ተቋም እና ቴክኖሎጂ የመጡ ተመራማሪዎች ኦፕቲካል ፋይበር ከ 100 ኪሎ ሜትር ርቀት ላይ መረጃ ማስተላለፍ አደረገ. ይህ በተፈተሸ silicide ውስጥ superconducting nanowires በመጠቀም ኢንስቲትዩቱ የተፈጠረው ፎቶን ማወቂያ ይቻላል ምስጋና ነበር.

አንድ ኳንተም ሥርዓት ወይም ቴክኖሎጂ ምቹ ገና የለም እንደሆነ ግልጽ ነው ወደፊት ታላቅ ግኝቶች ይመጣል ገና ነው. ያም ሆኖ, እኛ teleportation የተወሰኑ መተግበሪያዎች የሚቻል እጩዎች ለመለየት መሞከር ይችላሉ. ተስማሚ hybridization እነሱን ወጥ መሠረት የሚሰጡ እና ዘዴዎች ኳንተም teleportation እና መተግበሪያዎች በጣም ተስፋ የወደፊት ማቅረብ ይችላል.

አጭር ርቀት

Teleportation QED አንድ ንድፍ ነው የተሻለው የትኛው አንድ ኳንተም ስሌት subsystem ተስፋ semiconductor መሣሪያዎች, እንደ አንድ አጭር ርቀት (1 ሜትር). በተለይም, superconducting qubits ውስጥ transmonovye deterministic እና በከፍተኛ ትክክለኛ teleportation ቺፕ ዋስትና ይችላሉ. በተጨማሪም photonic ቺፕስ ላይ ችግር ይመስላል ይህም እውነተኛ ጊዜ, ቀጥተኛ ፍሰት አንፈቅድም. በተጨማሪም, እነርሱ ይበልጥ ተቀያያሪ architecture, እና እንደ ወጥመድ አየኖች እንደ ቀድሞው አቀራረቦች, ጋር ሲነጻጸር እንደ ነባር ቴክኖሎጂዎችን የተሻለ ውህደት ይሰጣሉ. በአሁኑ ሰዓት, እነዚህ ስርዓት ብቻ የሚያሳስብ ነው ባጠቃላይ ያላቸውን ውስን ያደረግኩት ጊዜ (<100 ሚሰ) ነው. ይህ ችግር semiconductor ወረዳዎች የውሂብ ማከማቻዎን ኳንተም ለማግኘት ረጅም ያደረግኩት ጊዜ ሊያቀርብ የሚችለው የባንዱ ትውስታ ሕዋሳት (ብርቅ ምድር አባሎች ጋር doped ክፍት የሥራ ወይም ክሪስታል ጋር ናይትሮጂን-ቀየሩት), አይደክሙም አይፈትሉምም ጋር QED ውህደት በመጠቀም ሊፈታ ይችላል. አሁን, ይህ ትግበራ ሳይንሳዊ ማህበረሰብ የበለጠ ጥረት የሚሆን ጉዳይ ነው.

ከተማ አገናኝ

ለእኛ ከተማ ልኬት (በርካታ ኪሎሜትሮች) ወደ teleport የኦፕቲካል ፋይበር ሁኔታዎችን በመጠቀም ሊዳብር ይችላል. በበቂ ዝቅተኛ ኪሳራ ላይ, እነዚህ ስርዓቶች ከፍተኛ ፍጥነት እና የመተላለፊያ ይሰጣሉ. እነዚህ ኳንተም ትውስታ አንድ የባንዱ ጋር በተቻለ ውህደት ጋር በአየር ወይም ኦፕቲካል ፋይበር, ላይ የሚንቀሳቀሱ መካከለኛ-ክልል ስርዓት ወደ ዴስክቶፕ አፈጻጸም ከ ሊራዘም ይችላል. ረጅም ርቀት በላይ, ነገር ግን ዝቅተኛ ፍጥነት ጋር አንድ ዲቃላ አቀራረብ ወይም ያልሆኑ Gaussian ሂደት ላይ የተመሠረተ ጥሩ repeaters በማዳበር ግብ ማሳካት ይቻላል.

ቴሌኮሙኒኬሽን

የረጅም ርቀት ኳንተም teleportation (ኪሜ 100 በላይ) ንቁ አካባቢ ነው, ነገር ግን አሁንም ክፍት ችግር ይሠቃያል. እናትኩር qubits - የመገናኛ ረጅም የፋይበር ኦፕቲክ መስመሮች ላይ እና በአየር በኩል ዝቅተኛ-ፍጥነት teleport የሚሆን ምርጥ አጓጓዦች, ነገር ግን በአሁኑ ጊዜ ያለውን ፕሮቶኮል ምክንያት ያልተሟላ ማወቂያ ቤለ አንድ probabilistic ነው.

probabilistic teleportation እንዲሳብ እንደ እንዲሳብ እና ኳንተም መሰውር መካከል distillation እንደ መተግበሪያዎች ተስማሚ ነው, ነገር ግን የግቤት መረጃ ሙሉ በሙሉ ተጠብቆ አለበት ይህም ውስጥ የመገናኛ ከ በግልጽ የተለየ ቢሆንም.

በዚህ probabilistic ተፈጥሮ መቀበል ከሆነ, ሳተላይት ትግበራ ዘመናዊ ቴክኖሎጂዎችን አይሆንበትም. የመከታተያ ስልቶች መካከል ያለውን ውህደት በተጨማሪ, ዋነኛ ችግር ያለውን ምሰሶ እንዲስፋፋ ምክንያት ከፍተኛ ኪሳራ ናቸው. ይህ እንዲሳብ ትልቅ ቀዳዳ ጋር የምድራዊም ቴሌስኮፕ ወደ ሳተላይት የት መሰራጨት አንድ ውቅር ውስጥ ማሸነፍ ይቻላል. 600 ኪሎ ሜትር ቁመት እና መሬት ላይ 1 ሜትር ቀዳዳ ቴሌስኮፕ በ 20 ሴንቲ ሜትር የሳተላይት ቀዳዳ ከወሰድን, አንድ ሰው ከመሬት ደረጃ ከ 80 ዴሲ ማጣት የሆነ ከሳተላይት ሰርጥ ውስጥ ኪሳራ ገደማ 75 ዴሲ መጠበቅ ይችላሉ. "ምድር ሳተላይት" ወይም "አጃቢ ሳተላይት" ትግበራ የበለጠ ውስብስብ ናቸው.

ኳንተም ትውስታ

አንድ ተቀያያሪ አውታረ መረብ አካል ሆኖ teleportation የወደፊት አጠቃቀም ኳንተም ትውስታ ጋር ያለውን ውህደት በቀጥታ የተዛመዱ ነው. ሁለተኛውን ብቃት ልወጣ በይነገጽ "ጨረር-ጉዳይ 'ቀረጻ እና ንባብ, ጊዜ እና የማከማቻ አቅም, ከፍተኛ ፍጥነት እና ማከማቻ አቅም አንድ ትክክለኛነት አንፃር ግሩም ሊኖረው ይገባል. በመጀመሪያ ሁሉ አንተ የራቀ የስህተት እርማት ኮዶችን በመጠቀም ቀጥተኛ ዝውውር ባሻገር ግንኙነት ለማሳደግ repeaters እንዲጠቀም ይፈቅድለታል. ጥሩ ኳንተም ትውስታ ያለው ልማት እንዲሳብ እና teleportation የአውታረ መረብ ግንኙነት ማሰራጨት, ነገር ግን ደግሞ የተከማቹ መረጃዎችን ለማስኬድ የተገናኙ ብቻ ሳይሆን መፍቀድ ነበር. ዞሮ ዞሮ የዚህ አቀፍ የሚሰራጭ መረብ ወደ ማብራት ይችላል ኳንተም ኮምፒውተር ወይም ወደፊት ኳንተም ኢንተርኔት የሚሆን መሠረት.

ተስፋ ግኝቶች

የኑክሌር ensembles በትውፊት ምክንያት በዓለም አቀፍ ደረጃ ብርሃን ለማስተላለፍ የሚያስፈልገውን 100 ሚሰ ድረስ ሊሆን ይችላል ይህም የ "ብርሃን-ጉዳይ" እና ማከማቻ ያላቸውን ሚሊ ክፍለ, ያላቸውን ብቃት ልወጣ መካከል ማራኪ ይቆጠራል. ይሁን እንጂ ይበልጥ የላቁ ግኝቶች አሁን ጥሩ አይፈትሉምም የባንዱ ኳንተም ትውስታ በቀጥታ የወረዳ QED ያለውን ተቀያያሪ የሕንጻ ጋር የተጣመረ ቦታ semiconductor ሥርዓቶች መሠረት ላይ ይጠበቃል. ይህ ትውስታ ብቻ ያደረግኩት ጊዜ የወረዳ QED ማራዘም አይችልም, ነገር ግን ደግሞ የጨረር የቴሌኮሙኒኬሽን እና ቺፕ በማይክሮዌቭ ፎቶኖች መካከል interconversion ለ የጨረር-ማይክሮዌቭ በይነገጽ ለማቅረብ.

በመሆኑም ኳንተም የኢንተርኔት መስክ ውስጥ ሳይንቲስቶች ወደፊት ግኝቶች የረጅም ርቀት የጨረር መገናኛ, ኳንተም መረጃ ሂደቱ conjugated semiconducting መለኪያዎች ላይ የተመሠረቱ ሊሆኑ እንደሚችሉ የታወቀ ነው.