Квантын teleportation: физикчид агуу нээлтүүд

Квантын teleportation квант мэдээллийн хамгийн чухал протоколуудын нэг юм. төөрөгдлийн физик нөөц дээр тулгуурлан, төрөл бүрийн мэдээллийн ажлуудын гол элемент бөгөөд квантын компьютер, сүлжээ, харилцаа холбооны цаашдын хөгжилд голлох үүрэг гүйцэтгэж квантын технологийн нэг чухал хэсэг юм.

шинжлэх ухааны нээлт хийхэд шинжлэх ухааны уран зохиол эхлэн

Энэ нь квант teleportation нээсэн, магадгүй квант механикийн "харийн" -ийн хамгийн сонирхолтой, сэтгэл татам үр дагаврын нэг нь хойш хоёр арван жилийн хугацаанд байсаар ирсэн. эдгээр агуу нээлт хийсэн өмнө энэ санаа шинжлэх ухааны уран зохиол хүрээнд харьяалагддаг. Эхний Charles H. Форт цаг "teleportation" -аар 1931 онд зохион бүтээсэн оноос хойш нь өөр байгууллага, объект нь нэг газраас шилжүүлж байгаа үйл явцыг тайлбарлах ашиглаж байна, энэ нь үнэхээр тэдний хоорондох зайг даван туулж байна.

1993 онд тэрээр дурдсан шинж тэмдэг зарим хуваалцсан "квант teleportation" нэртэй квантын мэдээлэл протоколыг тодорхойлсон нийтлэл, нийтэлсэн. Энэ нь бие махбодийн системийн тодорхойгүй улсын хэмжиж байгаа бөгөөд дараа нь дахин буюу алсын сайт дахь "дахин явж" (эх системийн физик элементүүд газар шилжүүлэх хэвээр). Энэ үйл явц нь харилцаа холбооны сонгодог арга шаарддаг superluminal холбоог арилгадаг. Энэ төөрөгдөл нь амьдралыг шаарддаг. Үнэндээ teleportation хамгийн тодорхой будлиан мөн чанарыг харуулж квант мэдээллийн протокол гэж үзэж болно: шилжүүлэх байдалд байгаа нь квант механикийг тодорхойлох хууль тогтоомжийн хүрээнд боломжит байх болно үгүй.

Teleportation мэдээллийн шинжлэх ухааны хөгжилд идэвхтэй үүрэг гүйцэтгэж байна. Нэг талаас энэ нь үзэл баримтлалын протокол, албан ёсны квант хөгжилд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг юм мэдээллийн онол, нөгөө талаас энэ нь олон технологийн үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэг юм. Квант давтан - холын зайн харилцааны гол элемент. Teleportation квант унтраалга, хэмжилт, квант сүлжээн дээр суурилсан тооцоолох - түүний бүх уламжлалууд байдаг. Энэ нь түр зуурын муруй болон ууршилтын дээр физикийн "туйлын", судлах нь энгийн арга хэрэгсэл болгон ашиглаж байгаа хар нүх байна.

Өнөөдөр квант teleportation ёроолд, технологи, photonic qubits, цөмийн соронзон хэлбэлзэл, оптик горим, атомын бүлэг, саатуулагч атом болон хагас дамжуулагч систем гэх мэт төрөл бүрийн ашиглан дэлхий даяар лабораторид баталгаажуулсан. Шилдэг үр дүн хиймэл дагуулуудтай teleportation хүрээ ирэлт туршилт хүрсэн байна. Түүнээс гадна, оролдлого илүү төвөгтэй систем хүртэл хэмжээгээр хийж байна.

qubits нь teleportation

Квантын teleportation эхний хоёр түвшний систем, qubits гэж нэрлэгддэг нь тодорхойлсон байна. алсын хоёр нам, Алис, Боб гэж нэрлэдэг, qubit 2 хуваалцах харгалзан Протокол, А ба В цэвэр орооцолдох төлөвт байгаа, мөн Bell хос гэж нэрлэдэг. Алис үүдэнд нь нөхцөл байдал ρ нь тодорхойгүй байна өөр qubit болон өгсөн. Энэ нь дараа нь хамтарсан квант хэмжилт хийдэг Bell-ийн нээлт гэж нэрлэдэг. Энэ нь дөрвөн Bell улсуудын нэг нь болон дагуулдаг. Үүний үр дүнд, Алис хэмжиж qubit оролт төрийн алга, Боб B зэрэг ^† _к ρP _к P дээр тооцоолж _qubit. Хамгийн сүүлийн алхам протоколд Алис түүнийг хэмжих анхны ρ сэргээх Pauli P _к оператор хэрэглэнэ Боб нь сонгодог үр дамжуулдаг.

өөрөөр протокол нь алсын хэмжих хүртэл бууруулж байна, учир нь qubit Алис анхны төр, нэр нь үл мэдэгдэгч гэж үзэж байна. Үүнээс гадна, энэ нь өөрөө том нийлмэл систем нь гуравдагч этгээдэд хуваалцсан нэг хэсэг байж болох юм (энэ тохиолдолд амжилттай teleportation-д энэ бүх гуравдагч этгээд нь тоглуулах хамаарлыг шаардлагатай).

Квант teleportation нь ердийн туршилт цэвэр анхны төрийн болон хамаарах хязгаарлагдмал цагаан толгойн тулд, жишээ нь, Блок бөмбөрцөгийн зургаан шон авдаг. сэргээн улсын decoherence чанар, дэргэд нь тоон үнэн зөв teleportation оны ∈ [0, 1] илэрхийлж болно. Алис, Боб муж хооронд Энэ үнэн зөв, Белл, эх цагаан толгойн бүх илрүүлэх үр дүнг гаруй дундчилсан. аргуудын нарийвчлал бага утгуудын хувьд будилсан нөөц ямар төгс төгөлдөр бус teleportation олгох боломжтой болсон байдаг. Жишээ нь, Алис шууд үр дүнд төрийн бэлтгэх Боб илгээж түүний анхны байдлыг хэмжиж болно. Энэ нь хэмжилт сургалтын стратеги гэх "сонгодог teleportation." Энэ нь F _ангийн = ямар нэгэн оролтын улсын хувьд 2/3, түүнтэй адилтгах Цагаан толгойн дарааллаар ийм Блок хүрээнд зургаан шон харилцан шударга байдал нь хамгийн их үнэн зөв байна.

Тиймээс квант нөөцийг ашиглах талаар тодорхой заалт нь нарийн утга F F _{ангийн> юм.}

Нэг ч qubit

дагуу квант физик, qubits нь teleportation хязгаарлагдмал байгаа бол, энэ нь олон хэмжээст системийг оруулж болно. хязгаарлагдмал арга хэмжээ D бүрийн үндсийг нь тухайн maximally орооцолдох улсаас авч болно maximally орооцолдон төрийн вектор ба суурь {U _{к} ^TR} хангах нэгдмэл операторч ^{_{(U † и у к)}} ашиглан хамгийн тохиромжтой схем teleportation томъёолж болно = dδ J, K . Ийм протокол ямар нэгэн хязгаарлагдмал, Hilbert зай R. Н нь барьж болно салангид хувьсагч систем.

Цаашилбал, квант teleportation хязгааргүй Hilbert зайтай систем, тасралтгүй хувьсах систем гэж нэрлэдэг хэрэглэж болно. Дүрмээр бол тэд оптик бозон горим, Квадрат оператор тодорхойлж болно цахилгаан талбараар ойлгосон байна.

Хурд ба тодорхой бус байдал зарчим

Квант teleportation хурд ямар байна вэ? магадгүй нь - Мэдээллийн сонгодог ижил тооны дамжуулах хурдтай ижил хурдаар дамжих нь гэрлийн хурдаар. Онолын хувьд энэ нь тийм хэрхэн сонгодог чадахгүй нь хэрэглэж болно - жишээ нь, квант компьютерийн өгөгдөл нь зөвхөн хүлээн авах боломжтой юм байна.

Квант teleportation зөрчсөн эсэх эргэлзээ зарчмыг? Өмнө нь teleportation санаа нь үнэхээр ноцтой эрдэмтэд, энэ бүх мэдээлэл атомын болон бусад зүйлийг гаргаж авахын тулд ямар ч хэмжих, эсвэл скан хийх үйл явцыг хориглох зарчмыг зөрчиж байна гэж үздэг байсан, учир нь авсан байна. тодорхой бус зарчмын дагуу, илүү нарийн объект сканердсан байна, түүнээс энэ объектын анхны төрийн илүү хуулбарыг бий болгох хангалттай мэдээлэл олж авч чадахгүй гэж ийм хэмжээгээр хөндөгдсөн үед цэг хүртэл скан хийх үйл явцад нөлөөлж байна. Энэ нь үнэмшилтэй сонсогдож: хүн төгс хуулбарыг бий болгох обьект мэдээллийг гаргаж чадахгүй бол, сүүлийн хийж чадахгүй.

Арвин нөөцтэй нь Квантын Teleportation

Харин зургаан эрдэмтэд (Чарльз Беннет, Zhil Brassar, Клод Crépeau Ричард Dzhosa, Ашер Peres, болон Uilyam Vuters) Einstein-Podolsky-Rosen гэгддэг квант механикийн нь алдартай болон гаж боломжийг ашиглан энэ логик эргэн тойронд арга замыг олжээ. Тэд мэдээлэл teleported объект хайлт арга замыг, мөн хэзээ ч хүлээх нь холбоотой шилжүүлэх бусад объектын хүчин дамжин үлдсэн туршигдаагүй хэсгийг олсон.

Дараа нь, C өртөх хамааралтай сканнердсан мэдээллийг ашиглан скан улсын А орж болно. Тэгээд өөрөө үгүй биш тийм амжилт, эсрэгээр скан хийх үйл явц адил нөхцөлд байгаа teleportation биш, хуулбар юм.

хүрээний хувьд тэмцэл

• Эхний квант teleportation Инсбрук их сургууль, Ромын их сургуулийн эрдэмтэд бараг нэгэн зэрэг 1997 онд болсон байна. туршилтын үеэр фотонуудыг эх үүсвэр нь туйлшралыг байх, хоёр дахь анхны туйлшралын фотонуудыг хүлээн авсан тул орооцолдон фотоны хосын нэг нь өөрчилсөн байна. Тиймээс аль аль нь фотонууд бие биенээсээ зайтай байна.
• 2012 онд тэнд 97 км-ийн зайд уулын нуур дамжуулан тогтмол квант teleportation (Шинжлэх ухаан, технологийн их сургууль Хятад) байсан юм. Хуан Iinem ахлуулсан Шанхайгаас эрдэмтдийн баг нарийн зорилтот туяа зөвшөөрсөн нь сэжигтэй механизмыг хөгжүүлж чадсан.
• Есдүгээр сард 143 км рекорд квант teleportation жилдээ явуулж байна. Австрийн Шинжлэх ухааны академи, Antona Tsaylingera удирдлаган дор Венийн их сургуулийн Австрийн эрдэмтэд амжилттай La Palma болон Tenerife хоёр Канарын арлуудын хооронд квантын улс дамжуулсан байна. туршилт, нээлттэй, kvantumnaya болон фотонууд эх сурвалжийг сонгодог, давтамж uncorrelated туйлшралын орооцолдон хос хоёр оптик холбооны шугам ашиглаж, нэг фотонуудыг хайгч болон шүүрч авах Цаг Тааруулах нь sverhnizkoshumnye.
• 2015 онд анх удаа стандартыг АНУ-ын Үндэсний хүрээлэн, технологийн судлаачид оптик шилэн 100 гаруй км-ийн зайд мэдээлэл дамжуулалтыг хийсэн байна. Энэ нь молибдений silicide нь superconducting nanowires ашиглан хүрээлэн бий фотонуудыг детектор боломжтой ачаар хийсэн байна.

Энэ нь квант систем буюу технологийн хамгийн тохиромжтой хараахан байхгүй байгаа нь тодорхой байна, ирээдүйд агуу их нээлт ирэх хараахан юм. Гэсэн хэдий ч, бид teleportation тодорхой хэрэглээнд аль нэр дэвшигчийг тодорхойлох оролдож болно. Тохиромжтой гибридизацийн тэднийг тууштай суурийг хангаж, арга квант teleportation болон түүний програмуудад зориулсан хамгийн ирээдүйтэй ирээдүйг өгч болно.

богино зай

Teleportation нь богино зайд (1 м) нь квант тооцоолох дэд систем ирээдүйтэй хагас дамжуулагч төхөөрөмжийн бөгөөд хамгийн сайн QED нь диаграмм юм. Тухайлбал, superconducting qubits онд transmonovye детерминистик болон өндөр нарийвчлалтай teleportation чип баталгаа болно. Мөн бодит цаг хугацаа, photonic бичил схем дээр асуудалтай бололтой шууд урсгалыг зөвшөөрдөг. Үүнээс гадна, тэд илүү өргөтгөх боломжтой архитектур, ийм зууж ион өмнөх чиг хандлага, харьцуулахад одоо байгаа технологи дээр нэгдмэл өгнө. Одоогийн байдлаар эдгээр системийн цорын ганц сул тал нь бололтой өөрсдийн хязгаарлагдмал уялдаа холбоо хугацаа (<100 мс) юм. Энэ асуудал нь хагас дамжуулагч хэлхээ чуулга санах ойн эс (газрын ховор элемент бүхий doped байрны буюу болор нь азотын орлуулж), өгөгдөл хадгалах квант нь урт уялдаа холбоо хугацаа өгч болно эргүүлдэг нь QED нэгдмэл ашиглан шийдвэрлэж болно. Одоогийн байдлаар, энэ хэрэгжүүлэх шинжлэх ухаан, олон нийтийн их хүчин чармайлт нь асуудал юм.

хот холбоос

АНУ-ын хот хэмжээний (хэд хэдэн км) нь Teleport оптик горимд ашиглан боловсруулсан болно. хангалттай бага алдагдалтай, эдгээр систем нь өндөр хурд, багтаамжийг хангана. Тэд квант санах ой нь чуулгын аль нэгтгэх нь агаарт эсвэл оптик шилэн гаруй үйл ажиллагаа явуулж байгаа дунд хугацааны систем ширээний шийдлүүдтэй нь сунгаж болно. хол зайд, гэхдээ бага хурд нь эрлийз аргаар, эсвэл бус Гауссын үйл явцад тулгуурлан сайн Рипийтэр хөгжүүлэх замаар хүрч болно.

харилцаа холбоо

Холын зайн квант teleportation (100 км гаруй) идэвхтэй талбай, гэхдээ одоо ч нээлттэй асуудал гардаг нь ажиглагджээ. Туйлшралын qubits - харилцаа холбооны урт шилэн кабелийн шугам дээр болон агаараар дамжин бага хурдтай Teleport хамгийн сайн тээгч, харин одоо протокол улмаас дутуу илрүүлэх Белла нь магадлалт юм.

магадлалт teleportation болон орооцолдох гэх орооцолдон ба квант криптографийн нэрэх гэх мэт хэрэглээнд тохиромжтой байдаг, гэхдээ энэ нь оролтын мэдээлэл бүрэн хадгалагдан үлдсэн байх ёстой харилцаа холбоо нь тодорхой өөр өөр байдаг ч.

Хэрэв бид энэ магадлалт шинж чанарыг хүлээн зөвшөөрч, хиймэл дагуул хэрэгжүүлэх, орчин үеийн технологийг хүрэх дотор байдаг. хянах арга нэгтгэх гадна гол асуудал цацрагийн тархалт улмаас өндөр алдагдал юм. Энэ нь орооцолдох нь том нүхтэй нь хуурай газрын дуран хиймэл дагуулаар авсан тархсан байдаг бөгөөд энэ нь тохиргоонд даван туулж болно. 600 км-ийн өндөрт, газар дээр нь 1 м-ийн нүхтэй дуран 20 см-ийн хиймэл дагуулын ам гэж үзвэл, нэг газрын түвшинд 80-аас доошгүй дБ алдагдал нь станцтай суваг дахь алдагдал 75 дб бодож болно. "Дэлхий хиймэл дагуул" буюу "хамтрагч хиймэл дагуулын" -ийн хэрэгжилт илүү төвөгтэй байдаг.

квант санах ой

нь өргөтгөх боломжтой сүлжээний нэг хэсэг болгон teleportation ирээдүйн хэрэглээ нь квант санах ой нь түүний нэгтгэх шууд холбоотой юм. Хожмын үр ашигтай хувиргах интерфэйс "цацраг асуудалд", бичих, унших, цаг хугацаа, хадгалах хүчин чадал, өндөр хурд, хадгалах хүчин чадал нь нарийвчлалын хувьд гайхалтай байх ёстой. Юуны өмнө энэ нь таныг хол шууд шилжүүлэх алдаа засах код ашиглан цааш холбоог дээшлүүлэх Рипийтэр ашиглах боломжийг олгодог. сайн квант санах хөгжлийн орооцолдох болон teleportation сүлжээний холболтыг хуваарилах нь зөвхөн, бас хадгалагдсан мэдээллийг боловсруулах холбогдсон боломжийг олгоно. Эцэст нь, энэ нь олон улсад тархсан нь сүлжээнд болж хувирах юм квантын компьютер , эсвэл ирээдүйн квант Интернет үндэс.

ирээдүйтэй хөгжил

Цөмийн чуулга уламжлалтай учир "гэрэл асуудалд", хадгалах тэдний millisecond хугацаанд, гэрэл дэлхий даяар дамжуулах шаардлагатай 100 мс хүртэл байж болох тэдний үр ашигтай хувиргалтын сонирхолтой гэж үздэг. Гэсэн хэдий ч, илүү дэвшилтэт хөгжил нь одоо хагас дамжуулагч систем, маш сайн эргэх чуулга квант санах ойн шууд хэлхээний QED нь өргөтгөх боломжтой архитектурын нэгдсэн үндсэн дээр төлөвтэй байна. Энэ нь санах ойн зөвхөн давхцалын цаг хэлхээний QED сунгаж чадахгүй байгаа, гэхдээ бас оптик цахилгаан холбоо болон чип богино долгионы фотоны interconversion нь оптик-богино долгионы интерфэйсийг хангах зорилгоор.

Тиймээс квант интернэт салбарт эрдэмтдийн цаашдын нээлт холын зайн оптик холбоо, квантын мэдээлэл боловсруулах холбосон хагас дамжуулагч нэгж дээр суурилсан байх магадлалтай.