Kwantik teleportasyon: dekouvèt yo gwo fizisyen

Kwantik teleportasyon se youn nan pwotokòl ki pi enpòtan nan enfòmasyon pwopòsyon. Baze sou resous fizik yo nan konfizyon, li se eleman prensipal la nan travay yo enfòmasyon ak divès kalite reprezante yon pati enpòtan nan teknoloji pwopòsyon jwe yon wòl kle nan devlopman an plis nan pwopòsyon informatique, rezo ak kominikasyon.

Soti nan syans fiksyon dekouvèt syantifik

Li te gen plis pase de deseni depi dekouvèt la nan pwopòsyon teleportasyon, ki se pwobableman youn nan konsekans yo nan "singularité" nan pwopòsyon mekanik ki pi enteresan ak enteresan. Anvan sa yo te fè dekouvèt gwo, ide sa a ki te fè pati domèn nan syans fiksyon. Premye envante nan 1931 pa Charles H. Fort tèm "teleportasyon" te depi lè yo te itilize a dekri pwosesis la pa ki fè yo kò a, epi objè yo transfere soti nan yon sèl kote nan yon lòt, li pa se reyèlman simonte distans ki genyen ant yo.

Nan lane 1993 li te pibliye yon atik dekri pwotokòl la nan enfòmasyon pwopòsyon, ki rele "pwopòsyon teleportasyon", ki moun ki pataje kèk nan sentòm yo ki nan lis pi wo a. Li se eta unknown nan yon sistèm fizik mezire ak imedyatman repwodwi, oswa "re-ale" nan sit la aleka (eleman fizik yo nan sistèm orijinal la rete nan transfè anplas). Pwosesis sa a mande pou vle di la klasik nan kominikasyon ak elimine superluminal kominikasyon. Li mande yon lavi nan konfizyon. An reyalite, teleportasyon kapab wè li kòm yon pwotokòl nan enfòmasyon pwopòsyon ki pi fò demontre klèman nati a nan konfizyon an: san yo pa nan prezans nan yon eta de transfè a pa ta posib nan kad lwa yo ki dekri mekanik yo pwopòsyon.

Teleportasyon te jwe yon wòl aktif nan devlopman nan syans nan enfòmasyon. Sou yon bò, sa a se yon pwotokòl konseptyèl ekspresyon, ki jwe yon wòl enpòtan nan devlopman nan yon fòmèl pwopòsyon teyori enfòmasyon, ak sou lòt la li se yon eleman fondamantal nan teknoloji anpil. residivist a pwopòsyon - yon eleman kle nan kominikasyon long distans. Teleportasyon pwopòsyon switch, kalkil ki baze sou mezi ak rezo pwopòsyon - yo se tout dérivés ladan l '. Yo itilize li kòm yon zouti ki senp pou etid la nan "ekstrèm" nan fizik, sou koub tanporè ak evaporasyon nan twou nwa.

Jodi a pwopòsyon teleportasyon konfime nan laboratwa atravè mond lan lè l sèvi avèk yon varyete de substrats ak teknoloji, ki gen ladan kbi fotonik, nikleyè sonorite mayetik, mòd optik, gwoup atòm, atòm yo bloke ak sistèm semi-conducteurs. rezilta Eksepsyonèl yo te reyalize nan eksperyans yo ranje teleportasyon vini ak satelit. Anplis, tantativ yo te fè sou yon echèl moute nan sistèm pi konplike.

teleportasyon nan kbi

te kwantik teleportasyon premye ki dekri pou sistèm yo de-nivo, kbi yo sa yo rele. Pwotokòl konsidere de pati aleka, ki rele Alice ak Bob, ki moun ki pataje kbi 2, A ak B yo nan eta pi bon kalite konplitché, ki rele tou Bell pè. Nan antre nan Alice bay yon lòt kbi, epi ki gen kondisyon ρ se enkoni. Li Lè sa a fè yon mezi jwenti pwopòsyon, ki rele dekouvèt la nan Bell. Li pote yon ak A nan youn nan kat eta yo Bell. Kòm yon rezilta, eta a D 'a kbi an lè mezire Alice disparèt ak Bob B kbi ansanm projetée sou P ^† _k ρP _k. Nan pwotokòl la etap dènye Alice transmèt yon rezilta klasik nan Bob mezi li yo, ki moun ki aplike Pauli P operatè _k retabli ρ orijinal la.

se eta inisyal la nan yon kbi Alice konsidere kòm anonim, paske se otreman pwotokòl la redwi a mezi aleka li yo. Anplis de sa, li ka tèt li dwe yon pati nan yon pi gwo sistèm konpoze, pataje ak yon twazyèm pati (nan ka sa teleportasyon ka siksè tout mande pou korlasyon lèktur ak twazyèm pati sa a).

Yon eksperyans tipik nan pwopòsyon teleportasyon pran pi bon kalite eta orijinal ak sa ki nan yon alfabè restriksyon, pou egzanp, sis poto nan esfè a Bloch. Nan prezans nan bon jan kalite decoherence nan eta a ki rekonstwi kapab eksprime kantitativman egzat teleportasyon F ∈ [0, 1]. presizyon sa a ant eta nan Alice ak Bob, mwayenn sou tout rezilta yo deteksyon nan Bell a ak alfabè a orijinal la. Pou valè ti presizyon nan metòd egziste, sa ki pèmèt pou teleportasyon enpafè san yo pa resous konplike. Pou egzanp, Alice pouvwa dirèkteman mezire eta orijinal li pa voye Bob pou preparasyon an nan eta a ki resultant. Estrateji sa a mezi-fòmasyon refere yo kòm "teleportasyon klasik." Li te gen yon presizyon maksimòm de F _klas = 2/3 pou nenpòt ki eta D ', alfabetik nan ekivalan kondisyon mityèlman san patipri tankou esfè a Bloch sis poto.

Kidonk, yon endikasyon ki klè nan sou izaj resous pwopòsyon se yon F valè presizyon> F _{klas la.}

Pa yon kbi sèl

Dapre pwopòsyon fizik, teleportasyon nan kbi se pa sa sèlman, li ka genyen ladan yo yon sistèm milti-dimansyon. Pou chak mezi fini d ka formul ideyal konplo teleportasyon lè l sèvi avèk baz omaksimòm vektè konplitché eta ke yo kapab jwenn nan yon bay eta omaksimòm konplitché ak yon baz {U _k} operatè otonom satisfè ^{_{tr (U † j U k)}} = dδ J, K . Ka sa yo yon pwotokòl dwe konstwi pou nenpòt ki fini-Hilbert espas r. N. disrè sistèm varyab.

Anplis de sa, pwopòsyon teleportasyon ka aplike nan sistèm ak enfini espas Hilbert, ki rele sistèm kontinyèlman-varyab. Kòm yon règ yo, yo yo reyalize pa mòd optik bozon, jaden an elektrik ki ka dekri operatè kwadratur.

Vitès ak ensèten prensip

Ki sa ki se vitès la nan pwopòsyon teleportasyon? Enfòmasyon se transmèt nan yon vitès ki sanble ak vitès la nan transmisyon nan menm kantite klasik - petèt ak vitès la nan limyè. Teyorikman, li ka konsa dwe itilize, ki jan klasik pa kapab - pou egzanp, nan pwopòsyon informatique, kote done yo ki disponib sèlman nan moun k ap resevwa a.

pwopòsyon teleportasyon vyole Prensip la Ensètitid? Nan tan lontan an, lide a nan teleportasyon pa se reyèlman pran oserye pa entelektyèl, paske li te kwè ke li vyole prensip la nan entèdi nenpòt mezire oswa optik pwosesis yo ekstrè tout atòm nan enfòmasyon oswa lòt objè. An akò ak prensip la nan ensèten, se pi plis egzak objè a nan tcheke, plis la li se enfliyanse pa pwosesis la optik jiskaske yon pwen rive lè eta a orijinal la nan objè a detounen a tankou yon limit ke plis pa ka jwenn ase enfòmasyon yo kreye yon kopi. Li son konvenk: si yon moun pa ka ekstrè enfòmasyon ki soti nan objè a yo kreye kopi pafè, lèt la pa ka fè.

Kwantik teleportasyon pou nul

Men, sis syantis yo (Charles Bennett, Zhil Brassar, Claude Crépeau, Richard Dzhosa, branch fanmi Asè Peres, ak Uilyam Vuters) yo te jwenn yon fason alantou sa a lojik, lè l sèvi avèk yon karakteristik fete ak paradoks nan mekanik pwopòsyon li te ye tankou Einstein-Podolsky-Rosen an. Yo te jwenn yon fason yo analysis enfòmasyon teleported objè A, ak rès pòsyon an tèste atravè efè a transfere lòt objè an kontak ak yon pa janm rete.

Imedyatman, pa aplike nan C ekspoze enfòmasyon depann tcheke ka antre nan eta A yo analysis. Ak tèt li se pa nan yon kondisyon ki nan menm jan ak pwosesis la optik ranvèse, enben, reyalize se teleportasyon, pa replikasyon.

Lit pou seri a

• premye teleportasyon nan pwopòsyon te pran plas nan 1997 prèske ansanm pa syantis nan inivèsite University of Innsbruck ak University of lavil Wòm. Pandan eksperyans la yon sous fotonik gen yon polarization, ak youn nan yon pè nan foton konplitché te chanje pou ke dezyèm fotonik nan polarization orijinal resevwa yo. Se konsa de foton yo espace soti nan chak lòt.
• Nan 2012, regilye teleportasyon nan pwopòsyon (Lachin University of Syans ak Teknoloji) nan lak la alpine nan yon distans de 97 km. Yon ekip nan syantis soti nan Shanghai ki te dirije pa Juan Iinem jere yo devlope yon mekanis sigjesyon ki te pèmèt jisteman vize gwo bout bwa.
• Nan mwa septanm, yo te yon dosye teleportasyon pwopòsyon sou 143 km te pote soti menm ane an. syantis Ostralyen soti nan Akademi an nan Syans nan Otrich ak University of Vyèn anba direksyon Antona Tsaylingera te avèk siksè transmèt eta pwopòsyon ant de Zile yo Canary nan La Palma ak Tenerife. Eksperyans lan itilize de liy kominikasyon optik nan louvri, kvantumnaya la ak klasik, frekans uncorrelated polarization anmele pè foton sous, sverhnizkoshumnye detektè sèl-fotonik ak anbreyaj senkronizasyon revèy.
• Nan 2015, chèchè soti nan US Enstiti Nasyonal la nan Nòm ak Teknoloji a pou premye fwa a te fè transfè a nan enfòmasyon sou yon distans de plis pase 100 kilomèt nan optik fib. Sa a te fè posib gras a enstiti kreye detektè a fotonik lè l sèvi avèk nanofil supèrkonduktin nan MOLYBDENUM silisyur.

Li klè ke ideyal la nan yon sistèm pwopòsyon oswa teknoloji pa ankò egziste ak dekouvèt yo gwo nan tan kap vini an se poko ap vini yo. Men, nou ka eseye idantifye kandida posib pou aplikasyon pou espesifik nan teleportasyon. Apwopriye ibridasyon yo bay konsistan baz ak metòd ka bay tan kap vini an pi prometteur pou teleportasyon pwopòsyon yo ak aplikasyon pou li yo.

distans kout

Teleportasyon yon ti distans (1 m) kòm yon pwopòsyon kalkil Subsystem aparèy semi-conducteurs pwomèt, pi bon an nan ki se yon dyagram nan QED. An patikilye, kbi supèrkonduktin transmonovye ka garanti detèrminist ak trè egzat chip teleportasyon. Yo menm tou yo pèmèt yon koule dirèk nan an tan reyèl, ki sanble pwoblèm sou bato fotonik. Anplis de sa, yo bay yon achitekti plis évolutive, ak pi bon entegrasyon nan teknoloji ki deja egziste kòm konpare ak apwòch anvan yo, tankou bloke iyon. Kounye a, dezavantaj a sèlman nan sistèm sa yo aparamman se tan limite koneksyon yo (<100 ms). Sa a kapab pwoblèm dwe rezoud lè l sèvi avèk QED entegrasyon ak sikui semi-conducteurs vire selil memwa ansanbl (nitwojèn-ranplase ak pòs ki vid oswa kristal dope ak eleman tè ra), ki ka bay yon tan koneksyon tan pou pwopòsyon an nan depo done. Kounye a, aplikasyon sa a se yon kesyon pou pi gwo efò nan kominote a syantifik.

lyen City

Nou teleporte sou yon echèl la (plizyè kilomèt yo) te kapab dwe devlope lè l sèvi avèk mòd yo optik. Nan pèt ase ki ba, sistèm sa yo bay gwo vitès ak Pleasant. Yo ka pwolonje soti nan en Desktop nan sistèm mwayen-ranje opere sou lè a oswa optik fib, ak entegrasyon posib ak yon ansanbl nan memwa pwopòsyon. Sou long distans tan, men ki gen pi ba vitès kapab reyalize pa yon apwòch ibrid oswa pa devlope bon repetiteur ki baze sou pwosesis ki pa gosyen.

telekominikasyon

Long-distans pwopòsyon teleportasyon (plis pase 100 km) se yon zòn aktif, men yo toujou soufri de yon pwoblèm louvri. Polarization kbi - transpòtè yo pi bon pou ba-vitès teleporte sou liy long fib optik nan kominikasyon ak nan lè a, men nan moman sa a pwotokòl la se yon Probabilistic akòz deteksyon enkonplè Bella.

Malgre ke Probabilistic teleportasyon ak anbabra yo apwopriye pou aplikasyon pou tankou distilasyon nan anbabra ak pwopòsyon chifreman, men li se byen klè diferan de kominikasyon an nan ki dwe enfòmasyon ki opinyon dwe konplètman konsève.

Si nou aksepte nati sa a Probabilistic, aplikasyon an nan satelit la yo se nan rive nan teknoloji modèn. Anplis de sa nan entegrasyon an nan metòd swiv, pwoblèm nan prensipal yo se pèt yo segondè ki te koze pa gaye nan gwo bout bwa a. Sa a ka simonte nan yon konfigirasyon ki kote anbabra yo distribye soti nan satelit la teleskòp a terrestres ak yon Ouverture gwo. Si nou sipoze Ouverture satelit nan 20 cm nan 600 wotè km ak 1 m Ouverture teleskòp sou tè a, yon moun ka atann sou 75 dB nan pèt nan yon kanal desandan ki se mwens pase 80 dB pèt nan nivo tè. Aplikasyon nan "satelit la tè" oswa "satelit konpayon" yo se pi konplike.

pwopòsyon memwa

Future pou sèvi ak teleportasyon kòm yon pati nan yon rezo évolutive se dirèkteman gen rapò ak entegrasyon li yo ak memwa pwopòsyon. Lèt la dwe gen sipèb an tèm de efikasite koòdone konvèsyon "radyasyon-matyè ', yon presizyon nan anrejistreman ak lekti, tan ak depo kapasite, gwo vitès ak kapasite depo. Premye a tout li pèmèt ou itilize repetiteur pou amelyore kominikasyon byen lwen dèyè transfè a dirèk lè l sèvi avèk kòd yo koreksyon erè. Devlopman nan yon bon memwa pwopòsyon ta pèmèt pa sèlman yo distribye anbabra ak kominikasyon teleportasyon rezo a, men tou, ki konekte nan pwosesis ki estoke enfòmasyon. Alafen, sa a te kapab vire nan yon rezo nan entènasyonalman distribiye òdinatè pwopòsyon oswa yon baz pou tan kap vini entènèt pwopòsyon.

devlopman pwomèt

formasyon Nikleyè tradisyonèlman konsidere kòm atire paske nan konvèsyon efikas yo nan "limyè-pwoblèm nan" ak peryòd milisgond yo nan depo, sa ki ka pran jiska 100 ms bezwen transmèt limyè globalman. Sepandan, devlopman ki pi avanse yo kounye a se espere sou baz la nan sistèm semi-conducteurs, kote ekselan vire ansanbl memwa pwopòsyon dirèkteman entegre ak achitekti a évolutive nan kous QED. memwa sa a pa ka sèlman pwolonje tan koneksyon sikwi QED a, men tou bay koòdone optik-mikwo ond pou entèrkonvèrsyon nan optik telekominikasyon ak chip foton mikwo ond.

Kidonk, dekouvèt nan lavni nan syantis nan jaden an nan entènèt pwopòsyon yo kapab fè yo ki baze sou long distans kominikasyon optik, Couplet inite smikondukteur pou yo travay sou enfòmasyon pwopòsyon.