Quantum մյուսների: մեծ հայտնագործությունները ֆիզիկոսների

Quantum մյուսների մեկն է առավել կարեւոր արձանագրությունների քվանտային ինֆորմացիայի: Հիման վրա ֆիզիկական ռեսուրսների շփոթության, դա հիմնական տարրը տարբեր տեղեկատվական առաջադրանքների եւ իրենից ներկայացնում է կարեւոր մասն է քվանտային տեխնոլոգիաների խաղում առանցքային դեր է հետագա զարգացման քվանտային computing, ցանցային եւ հաղորդակցության:

From գիտության գեղարվեստական գիտական հայտնագործությունների

Արդեն ավելի քան երկու տասնամյակների հայտնաբերելու օրվանից քվանտային teleportation, ինչը, հավանաբար, մեկն է առավել հետաքրքիր եւ հուզիչ հետեւանքների «օտարության» քվանտային մեխանիկայի. Նախքան դրանք մեծ բացահայտումներ, այս գաղափարը պատկանել է հարթությունում գիտության գեղարվեստական. Առաջին հորինել է 1931 թ-ին Շառլ Հ. Fort »տերմինը teleportation» - ը, քանի որ արդեն օգտագործվում է նկարագրելու այն գործընթացը, որի մարմինը եւ օբյեկտները, որոնք փոխանցվում են մի վայրից մյուսը, դա ոչ թե, իրոք հաղթահարել հեռավորությունը նրանց միջեւ:

1993 թ.-ին նա հրատարակեց մի հոդված նկարագրող արձանագրությունը քվանտային ինֆորմացիայի, որը կոչվում է «քվանտային մյուսների», որը կիսվեց որոշ ախտանիշների վերը նշված. Այն անհայտ պետություն է ֆիզիկական համակարգի չափվում եւ հետագայում վերարտադրվել, կամ «կրկին գնում» է հեռավոր վայրում (ֆիզիկական տարրերը բուն համակարգի կմնա տեղում փոխանցման): Այս գործընթացը պահանջում է դասական կապի միջոցներ եւ վերացնում superluminal հաղորդակցությունը: Այն պահանջում է կյանքը շփոթության. Ի դեպ, մյուսների կարող է դիտվել որպես արձանագրության քվանտային ինֆորմացիայի, որ առավել հստակ ցույց է տալիս, բնույթը շփոթության առանց ներկայությունը պետության փոխանցման չէր լինի, հնարավոր շրջանակներում օրենքների, որոնք նկարագրում են քվանտային մեխանիկան:

Մյուսների ն ակտիվ դերակատարում է գիտության զարգացման տեղեկատվության. Է, մի կողմից, սա մի կոնցեպտուալ արձանագրություն, որը կարեւոր դեր է խաղում զարգացման ֆորմալ քվանտային տեղեկատվական տեսությունը, իսկ մյուս կողմից, դա հիմնական բաղադրիչն է բազմաթիվ տեխնոլոգիաների. Քվանտային հրացան մի առանցքային տարրը միջքաղաքային կապի. Teleportation Quantum Switches, հաշվարկային հիման վրա չափումների եւ քվանտային ցանցի բոլորս ածանցյալները դրանց: Այն օգտագործվում է որպես պարզ գործիք ուսումնասիրության «ծայրահեղ» ֆիզիկայի, ժամանակավոր կորեր եւ գոլորշիների սեւ անցքերի.

Այսօր քվանտային մյուսների հաստատել է լաբորատորիաներում ամբողջ աշխարհում, օգտագործելով մի շարք substrates եւ տեխնոլոգիաների, այդ թվում `ֆոտոնիկ qubits, միջուկային մագնիսական ռեզոնանսի, օպտիկական ռեժիմների, խմբերի ատոմների, որ թակարդում ատոմների եւ կիսահաղորդչային համակարգերի. Ակնառու արդյունքներ են ձեռք բերվել, որ մյուսների Լեռնաշղթայի առաջիկա փորձերի հետ արբանյակների: Ավելին, փորձեր են արվում ընդլայնել է ավելի բարդ համակարգերի.

մյուսների Հյուրատետր qubits

Quantum մյուսների առաջին անգամ նկարագրել է երկու մակարդակի համակարգերի, այսպես կոչված qubits. Արձանագրությունը հաշվի առնելով երկու հեռավոր կուսակցություններ, որը կոչվում է Ալիս եւ Բոբ, ովքեր կիսում Qubit 2, A եւ B են մաքուր entangled վիճակում, ինչպես նաեւ կոչ է արել Bell զույգը: Մուտքի Ալիս տվեցին Qubit եւ որի վիճակը ρ անհայտ է: Այն, ապա կատարում է համատեղ քվանտային չափում, որը կոչվում է հայտնաբերումը Bell. Այն իրականացնում է եւ մի մեկում չորս Bell պետությունների: Որպես հետեւանք, իսկ ներմուծումը վիճակը Qubit երբ չափվում Alice անհետանում եւ Բոբ Բ Qubit միաժամանակ պրոյեկտվում է P ^† _k ρP _k. Ի վերջին քայլ արձանագրության Alice փոխանցում է դասական արդյունք իր չափման Bob, ով կիրառում է Պաուլիի P _k օպերատորին վերականգնել բնօրինակը ρ.

Նախնական վիճակը Qubit Alice համարվում է անանուն, քանի որ հակառակ դեպքում արձանագրությունը նվազեցվում է իր հեռավոր չափման. Բացի այդ, դա կարող է ինքնին մի մաս կազմածո համակարգում, ընդհանուր, ինչպես նաեւ երրորդ կողմի (այս դեպքում հաջող teleportation հերթին պահանջում նվագարկումը եռամսյակն հետ այս երրորդ կողմի):

Տիպիկ փորձը քվանտային teleportation տեւում մաքուր օրիգինալ վիճակը եւ պատկանելու է սահմանափակված այբուբենի, օրինակ, վեց բեւեռները Bloch ոլորտում: Ներկայությամբ decoherence որակի վերանորոգված պետության կարող է արտահայտել քանակապես ճշգրիտ մյուսների F ∈ [0, 1]: Այս ճշտությունը երկրների միջեւ է Ալիս եւ Bob, միջինացված է բոլոր բացահայտման արդյունքների մասին Bell եւ օրիգինալ այբուբենի. Փոքր արժեքների ճշտության մեթոդների գոյություն ունեն, որը թույլ է տալիս անկատար teleportation առանց բարդ ռեսուրս: Օրինակ, Ալիս կարող են ուղղակիորեն չափել իր օրիգինալ պետություն ուղարկելով Bob պատրաստման համար ծագող պետության: Այս չափման-ուսուցման ռազմավարություն կոչվում է որպես «դասական teleportation." Այն ունի առավելագույն ճշտությունը F _դասի = 2/3 ցանկացած մուտքագրման պետության, համարժեք այբբենական փոխադարձ անաչառ պայմանների, ինչպիսիք են Bloch ոլորտում վեց բեւեռների:

Այսպիսով, հստակ ցուցում օգտագործման քվանտային ռեսուրսների ճշգրտության արժեք F> F _դասի.

Ոչ մի Qubit

Ըստ քվանտային ֆիզիկայի, մյուսների Հյուրատետր qubits չի սահմանափակվում, դա կարող է ներառել բազմակողմ համակարգը: Յուրաքանչյուր վերջավոր միջոցառում d կարելի է ձեւակերպել իդեալական սխեման teleportation օգտագործելով հիման վրա առավելագույնս entangled պետական վեկտորները, որոնք կարելի է ձեռք բերել տվյալ առավելագույնս entangled պետության եւ հիմք {U _k} ունիտար օպերատորներ բավարարող ^{_{tr (U † ժ U K)}} = dδ J, K , Նման արձանագրությունը կարող է կառուցվել ցանկացած վերջավոր-HILBERT տարածք r Ն. դիսկրետ փոփոխական համակարգեր.

Ավելին, քվանտային մյուսների կարող են դիմել համակարգերի հետ անսահման HILBERT տարածություն, որը կոչվում է անընդհատ փոփոխական համակարգեր. Որպես կանոն, դրանք իրականացվում են օպտիկական բոզոնի եղանակների, էլեկտրական դաշտի, որը կարելի է բնութագրել քառակուսացում օպերատորների:

Արագությունը եւ անորոշությունների սկզբունքը

Որն է արագությունը քվանտային teleportation. Տեղեկատվությունը փոխանցվում է արագությամբ նման է արագությամբ փոխանցման նույն թվի դասական - հնարավոր լույսի արագությամբ: Տեսականորեն, այն կարող է դրանով է օգտագործվել, թե ինչպես դասական չի կարող, օրինակ, քվանտային computing, որտեղ տվյալները հասանելի են միայն ստացողին:

Արդյոք քվանտային մյուսների խախտում են անորոշությունների սկզբունքի. Է անցյալում, գաղափարը teleportation չէ, իրոք, լրջորեն վերաբերվել գիտնականների, քանի որ ենթադրվում է, որ այն խախտում է սկզբունքը արգելելով որեւէ չափման կամ սկան գործընթացը պետք է դուրս հանել բոլոր տեղեկատվական ատոմ կամ այլ օբյեկտ: Համաձայն, սկզբունքի անորոշության, այնքան ավելի ճշգրիտ օբյեկտ է սկանավորվել, այնքան ավելի է ազդել է սկան գործընթացը մինչեւ մի կետ է հասել, երբ բնօրինակը վիճակը օբյեկտի խանգարվում է այնպիսի աստիճանի, որ ավելի չի կարող ձեռք բերված բավարար տեղեկություններ ստեղծելու կրկնօրինակը: Այն հնչում համոզիչ եթե մարդը չի կարող ստանալ տեղեկություններ է օբյեկտի ստեղծել կատարյալ պատճենները, վերջինս չի կարող կատարվել:

Quantum Teleportation համար Dummies

Բայց վեց գիտնականները (Չարլզ Bennett, Zhil Brassar, Կլոդ Crépeau, Ռիչարդ Dzhosa, Asher Պերեսը, եւ Uilyam Vuters) գտել մի ճանապարհ շուրջ այս տրամաբանությամբ, օգտագործելով հռչակավոր եւ պարադոքսալ առանձնահատկությունն քվանտային մեխանիկայից հայտնի է որպես Էյնշտեյնի-Պոդոլսկի-Rosen: Նրանք գտան մի ճանապարհ է սկան տեղեկատվական Հեռափոխադրված օբյեկտ A, իսկ մնացած չստուգված մասը միջոցով ուժի փոխանցումների այլ օբյեկտների հետ շփման A երբեք մէջ բնակեցէք.

Հետագայում, կիրառելով C մերկացում կախյալ սկանավորվել տեղեկատվությունը կարող է մտել պետական A սկան. Եւ ինքը չէ, որ նույն վիճակում, քանի որ հակառակ սկան գործընթացը, դրանով իսկ ձեռք բերված չէ մյուսների, ոչ replication.

Համար պայքարը միջակայքում

• Առաջին քվանտային teleportation տեղի է ունեցել 1997 թ. Գրեթե միաժամանակ են համալսարանի գիտնականների Ինսբրուկ եւ Հռոմի համալսարանի: Փորձի ընթացքում մի ֆոտոնը աղբյուր ունենալու բեւեռացման, եւ մեկը մի զույգ entangled ֆոտոնների փոխվել այնպես, որ երկրորդ բնօրինակը բեւեռացումը ֆոտոն ստացել: Այսպիսով, երկու ֆոտոնները են spaced են միմյանց:
• 2012 թ., Կար հերթական քվանտային teleportation (Չինաստան գիտության եւ տեխնոլոգիաների) միջոցով ալպիական լճի հեռավորության վրա 97 կմ. A թիմը գիտնականների Շանհայում կողմից ղեկավարվող Խուան Iinem հաջողվել է մշակել մտքեր մեխանիզմ, որը թույլ է տվել հենց նպատակային ճառագայթով:
• Սեպտեմբերին, մի գրառում քվանտային մյուսների վրա 143 կմ իրականացվել է նույն տարվա. Ավստրիական գիտնականները գիտությունների ակադեմիայի Ավստրիայի եւ Վիեննայի համալսարանի ղեկավարության ներքո Antona Tsaylingera ն հաջողությամբ փոխանցվում քվանտային երկու Կանարյան կղզիների Լա Պալմա եւ Տեներիֆե: Որ փորձ է օգտագործվել երկու օպտիկական կապի գծեր բաց, kvantumnaya եւ դասական, հաճախականությունը uncorrelated բեւեռացման խճճված զույգ ֆոտոնների աղբյուրների, sverhnizkoshumnye մեկ ֆոտոն դետեկտորներ եւ կալանք ժամացույցը համաժամացման.
• 2015 թ., Հետազոտողները են ԱՄՆ-ի ազգային ինստիտուտի ստանդարտների եւ տեխնոլոգիայի, առաջին անգամ հանդես է եկել փոխանցման տեղեկատվության նկատմամբ հեռավորության վրա ավելի քան 100 կմ հեռավորության վրա օպտիկական մանրաթել. Դա հնարավոր դարձավ շնորհիվ ինստիտուտի ստեղծված ֆոտոն դետեկտորի օգտագործելով գերհաղորդիչ nanowires մոլիբդենի silicide:

Հասկանալի է, որ իդեալական է քվանտային համակարգի կամ տեխնոլոգիայի դեռ չի եւ մեծ հայտնագործությունները, որ ապագայում դեռ առջեւում է: Այնուամենայնիվ, մենք կարող ենք բացահայտել հնարավոր թեկնածուներին կոնկրետ ծրագրեր teleportation. Հարմար հիբրիդացում նրանց տրամադրվում հետեւողական հիմք եւ մեթոդները կարող են տրամադրել առավել խոստումնալից ապագա քվանտային teleportation եւ նրա դիմումները.

կարճ հեռավորությունների

Մյուսների մի կարճ հեռավորությունը (1 մ), ինչպես նաեւ մի քվանտային հաշվարկները ենթահամակարգ խոստումնալից կիսահաղորդչային սարքերի, լավագույն որոնց մի դիագրամ QED: Մասնավորապես, գերհաղորդիչ qubits transmonovye կարող երաշխավորել դետերմինացված եւ բարձր ճշգրիտ teleportation chip. Նրանք նաեւ թույլ են տալիս մի ուղղակի հոսքը իրական ժամանակում, որը կարծես խնդրահարույց է ֆոտոնիկ չիպսեր. Ի լրումն, նրանք տրամադրել են ավելի scalable ճարտարապետությունը, եւ ավելի լավ ինտեգրումը առկա տեխնոլոգիաների համեմատ նախորդ մոտեցումների, ինչպիսիք են թակարդում իոնների. Ներկայում, միակ թերությունն այդ համակարգերի, ըստ երեւույթին, նրանց սահմանափակ կապակցվածություն անգամ (<100 մվ): Այս խնդիրը կարող է լուծվել օգտագործելով QED ինտեգրման հետ կիսահաղորդչային սխեմաներ վազել անսամբլի հիշողության բջիջներ (ազոտի փոխարինվել թափուր կամ բյուրեղյա doped հազվագյուտ հողային տարրերի), որը կարող է ապահովել մի երկար հաջորդականության ժամանակ է քվանտային տվյալների պահպանման. Ներկայում, սա իրականացումը հարց է ավելի մեծ ջանքերով գիտական համայնքի.

Քաղաք հղում

Մեզ teleport դեպի քաղաք մասշտաբների (մի քանի կիլոմետր) կարող է մշակել `օգտագործելով օպտիկական եղանակները: Ժամը բավականաչափ ցածր կորստի, այդ համակարգերը ապահովում է բարձր արագությամբ եւ թողունակությունը. Նրանք կարող է երկարաձգվել է սեղանադիր implementations մինչեւ միջին հեռահարության համակարգերի շահագործում են օդում կամ օպտիկական մանրաթել, ինչպես հնարավոր ինտեգրման հետ անսամբլի քվանտային հիշողության մեջ: Ավելի երկար հեռավորությունների, սակայն ավելի ցածր արագությամբ կարող է հասնել մի հիբրիդ մոտեցման կամ զարգացման լավ repeaters հիման վրա ոչ Gaussian գործընթացների.

հեռահաղորդակցություն

Միջքաղաքային քվանտային մյուսների (ավելի քան 100 կմ) ակտիվ գոտի, բայց դեռեւս տառապում բաց խնդրի. Բեւեռացումը qubits - լավագույն կրողների համար ցածր արագության teleport ավելի երկար օպտիկամանրաթելային գծերի կապի միջոցով, օդում, բայց այս պահին արձանագրությունը է հավանակային պայմանավորված է անավարտ հայտնաբերման Bella.

Թեեւ հավանակային մյուսների եւ խճճվածություն հարմար են ծրագրեր, ինչպիսիք են թորում խճճվածության եւ քվանտ ծածկագիտություն, բայց դա ակնհայտորեն տարբերվում է կապի, որի մուտքագրում տեղեկատվությունը պետք է լիովին պահպանվել.

Եթե մենք ընդունում ենք այս հավանականային բնությունը, իրականացումը արբանյակի գտնվում են անհասանելի ժամանակակից տեխնոլոգիաների. Ի լրումն ինտեգրման հետեւելու մեթոդները, հիմնական խնդիրը են բարձր կորուստները առաջացած տարածումը փնջի: Սա կարող է հաղթահարել մի կոնֆիգուրացիայից, որտեղ խճճվածություն բաժանվում է արբանյակի երկրային աստղադիտակի հետ մեծ անցք. Ենթադրելով, արբանյակային ամենափոքրը 20 սմ, 600 կմ բարձրության եւ 1 մ անցք աստղադիտակի վրա գետնին, կարելի է ակնկալել, մոտ 75 դԲ կորստի է ներհոսքով ալիքով, որ պակաս է 80 դԲ կորստի է ցամաքային մակարդակով: Իրականացումը "Երկրի արբանյակի» կամ «ուղեկից արբանյակի« ավելի բարդ է.

քվանտային հիշողություն

Ապագան օգտագործումը teleportation, որպես մի մաս scalable ցանցի ուղղակիորեն կապված է նրա հետ ինտեգրումը քվանտային հիշողության մեջ: Վերջինս պետք է ունենա հոյակապ առումով արդյունավետության դարձի միջերես "ճառագայթային-հարցում», ճշգրտությամբ ձայնագրման ու ընթերցանության, ժամանակի եւ պահեստավորման հզորություն, բարձր արագությամբ եւ պահեստավորման հզորությամբ: Առաջին հերթին դա թույլ է տալիս Ձեզ օգտվել repeaters բարձրացման համար հաղորդակցությունը հեռու դուրս անմիջական փոխանցման միջոցով սխալների կոդերը: Զարգացումը բարի քվանտային հիշողության թույլ կտար ոչ միայն տարածել ճմլման եւ մյուսների ցանցային հաղորդակցության, այլեւ կապված է մշակել պահվող տեղեկությունների. Ի վերջո, սա կարող է վերածվել ցանցի միջազգայնորեն բաշխված քվանտային համակարգչի կամ հիմք հետագա քվանտային Ինտերնետում:

խոստումնալից զարգացումներ

Միջուկային համույթներ ավանդաբար համարվում գրավիչ, քանի որ դրանց արդյունավետ դարձի է «թեթեւ հարցում» եւ դրանց միլիվայրկյան ժամանակաշրջանների պահպանման, որը կարող է լինել մինչեւ 100 ms անհրաժեշտ է փոխանցել լույսը գլոբալ. Սակայն, ավելի առաջադեմ զարգացումներ են սպասվում հիման վրա կիսահաղորդչային համակարգերի, որտեղ գերազանց պատասխանը ուղարկված չէ համույթը քվանտային հիշողության ուղղակիորեն ինտեգրված հետ scalable ճարտարապետությանը տպատախտակները QED: Այս հիշողությունը կարող է ոչ միայն երկարացնել կապակցվածություն ժամանակի միացում QED, այլեւ տրամադրել օպտիկա-միկրոալիքային ինտերֆեյսի համար interconversion օպտիկական հեռահաղորդակցության եւ չիպային միկրոալիքային ֆոտոնների:

Այսպիսով, ապագա հայտնագործությունները գիտնականների ոլորտում քվանտային ինտերնետի, ամենայն հավանականությամբ, պետք է հիմնված միջքաղաքային օպտիկական կապի, conjugated կիսահաղորդիչ ստորաբաժանումների քվանտային ինֆորմացիայի մշակման.