Kuatomu teleportation: awọn nla Imọ ti physicists

Kuatomu teleportation jẹ ọkan ninu awọn julọ pataki Ilana ni kuatomu alaye. Da lori awọn ti ara oro ti iporuru, o jẹ awọn ifilelẹ ti awọn ano ti awọn orisirisi alaye awọn iṣẹ-ṣiṣe ki o si duro ohun pataki ara kuatomu imo ti ndun a bọtini ipa ni awọn siwaju idagbasoke ti kuatomu iširo, Nẹtiwọki ati awọn ibaraẹnisọrọ.

Lati Imọ itan to ijinle sayensi Imọ

O ti wa lori meji ewadun niwon awọn Awari ti kuatomu teleportation, ti o jẹ jasi ọkan ninu awọn julọ awon ati ki o moriwu gaju ti "strangeness" ti kuatomu isiseero. Ṣaaju ki o to awọn wọnyi ni won ti ṣe nla Imọ, yi agutan jẹ awọn ibugbe ti Imọ itan. First ti a se ni 1931 nipa Charles H. Fort oro "teleportation" ti niwon a ti lo lati se apejuwe awọn ilana nipa eyi ti awọn ara ati awọn ohun ti wa ni ti o ti gbe lati ibi kan si miran, o ti wa ni ko gan bori awọn aaye laarin awọn wọn.

Ni 1993 o se article apejuwe awọn bèèrè ti kuatomu alaye, a npe ni "kuatomu teleportation", ti o pín diẹ ninu awọn ti aisan akojọ loke. O aimọ ipinle ti a ti ara eto ti wa ni won ki o si ti paradà ṣelọpọ, tabi "tun-lọ" ni awọn latọna Aaye (awọn ti ara eroja ti awọn atilẹba eto duro ni ibi gbigbe). Yi ilana nbeere kilasika ọna ti ibaraẹnisọrọ ki o si ti jade superluminal ibaraẹnisọrọ. O nilo a aye ti iporuru. Ni pato, teleportation le ti wa ni bojuwo bi a bèèrè ti kuatomu alaye ti julọ kedere se afihan iru awọn iporuru: lai niwaju kan ipinle ti awọn gbigbe yoo ko ni le ṣee ṣe laarin awọn ilana ti awọn ofin ti o se apejuwe awọn kuatomu isiseero.

Teleportation ti dun ohun ti nṣiṣe lọwọ ipa ninu idagbasoke ti sayensi ti alaye. Lori awọn ọkan ọwọ, yi ni a ti ero bèèrè, eyi ti yoo nko ipa pataki ninu idagbasoke ti a lodo kuatomu alaye yii, ati lori awọn miiran ti o jẹ a yeke ẹyaapakankan fun ọpọlọpọ awọn imo. Awọn kuatomu repeater - a bọtini ano ti gun-ijinna ibaraẹnisọrọ. Teleportation kuatomu yipada, iṣiro da lori wiwọn ati kuatomu nẹtiwọki - wa ni gbogbo awọn itọsẹ rẹ. O ti wa ni lo bi awọn kan ti o rọrun ọpa fun awọn iwadi ti "iwọn" ti fisiksi, on ibùgbé ekoro ati evaporation ti dudu ihò.

Loni kuatomu teleportation timo ni kaarun ni ayika agbaye lilo orisirisi kan ti sobsitireti ati imo ero, pelu photonic qubits, iparun se àbájade, opitika igbe, awọn ẹgbẹ ti awọn ọta, awọn ha siwọn lọwọ awọn ọta ati semikondokito awọn ọna šiše. Dayato si esi ti a ti waye ninu awọn teleportation ibiti o Wiwa adanwo pẹlu awọn satẹlaiti. Jubẹlọ, igbiyanju won se lati asekale soke si eka sii awọn ọna šiše.

teleportation ti qubits

Kuatomu teleportation a ti akọkọ se apejuwe fun awọn meji-ipele ọna šiše, ti ki-ti a npe qubits. Ilana considering meji latọna jijin ẹni, ti a npe Alice ati Bob, ti o pin qubit 2, A o si B ni o wa ni funfun kó o ipinle, tun npe ni Bell bata. Ni ẹnu si Alice fi miran qubit ati ti majemu ρ jẹ aimọ. O ki o si ṣe apapọ kuatomu wiwọn, ti a npe awọn Awari ti Bell. O gbejade a si A ninu ọkan ninu awọn mẹrin Bell ipinle. Bi awọn kan abajade, awọn input ipinle ti awọn qubit nigba ti won Alice disappears ati Bob B qubit nigbakannaa akanṣe on P ^† _k ρP _k. Ni awọn kẹhin ni igbese bèèrè Alice ndari a kilasika esi ti awọn oniwe-wiwọn Bob, ti o kan Pauli P _k onišẹ lati pada sipo awọn atilẹba ρ.

Awọn ni ibẹrẹ ipinle ti a qubit Alice ni ka asiri, nitori bibẹkọ ti awọn bèèrè ti wa ni dinku si awọn oniwe-latọna wiwọn. Ni afikun, o le ara wa ni apa kan ti o tobi eroja eto, pín pẹlu kan ti ẹnikẹta (ninu apere yi aseyori teleportation gbogbo nbeere Sisisẹsẹhin ibatan pẹlu yi eni keta).

A aṣoju ṣàdánwò ti kuatomu teleportation gba funfun atilẹba ipinle ati ohun ini si a ihamọ alphabet, fun apẹẹrẹ, mefa ọpá ti awọn Bloch Ayika. Ni niwaju decoherence didara ti awọn tun ipinle le ti wa ni kosile quantitatively deede teleportation F ∈ [0, 1]. Yi yiye laarin ipinle ti Alice ati Bob, idaji lori gbogbo awọn erin esi ti awọn Bell ati awọn atilẹba alphabet. Fun kekere iye ti awọn išedede ti awọn ọna tẹlẹ, gbigba fun aláìpé teleportation lai intricate awọn oluşewadi. Fun apẹẹrẹ, Alice le taara wiwọn awọn oniwe-atilẹba ipinle nipa fifi Bob fun awọn igbaradi ti awọn iyorisi ipinle. Yi wiwọn-ikẹkọ nwon.Mirza tọka si bi "kilasika teleportation." O ni o ni kan ti o pọju yiye ti F _kilasi = 2/3 fun eyikeyi input ipinle, ni deede labidi tosi aigbesehin ipo bi awọn Bloch Ayika mefa ọpá.

Bayi, a ko o itọkasi ti awọn lilo ti kuatomu oro ti wa ni a konge iye F> F _kilasi.

Ko kan nikan qubit

Ni ibamu si kuatomu fisiksi, teleportation ti qubits ti wa ni ko ni opin, o le ni kan ti ọpọlọpọ-onisẹpo eto. Fun kọọkan adópin odiwon d le ti wa ni gbekale bojumu eni teleportation lilo igba maximally ara kó o ipinle aṣoju eyi ti o le gba lati a fi maximally kó o ipinle ati ki o kan igba {U _k} aladiboyan awọn oniṣẹ tenilorun ^{_{tr (U † j U k)}} = dδ j, k . Iru a bèèrè le ti wa ni ti won ko fun eyikeyi adópin-Hilbert aaye r. N. ọtọ ayípadà ọna šiše.

Siwaju si, kuatomu teleportation le waye si awọn ọna šiše pẹlu ailopin Hilbert aaye, ti a npe continuously-ayípadà ọna šiše. Bi ofin, won ti wa ni woye nipa opitika boson igbe, ni ina oko eyi ti o le wa ni se apejuwe quadrature awọn oniṣẹ.

Iyara ati aidaniloju opo

Ohun ti ni iyara ti kuatomu teleportation? Alaye ti wa ni zqwq ni iyara kan iru si awọn iyara ti gbigbe ti awọn nọmba kanna ti Ayebaye - o ṣee pẹlu awọn iyara ti ina. Oṣeeṣe, o le bayi ṣee lo, bi o kilasika ko le - fun apẹẹrẹ, ninu kuatomu iširo, ibi ti awọn data wa o si wa nikan lati awọn olugba.

Ko kuatomu teleportation rú awọn aidaniloju Ilana? Ni awọn ti o ti kọja, awọn agutan ti teleportation ti wa ni ko gan ya ni isẹ awọn ọmọwe, nitori ti o ti gbà wipe o rufin awọn opo ti prohibiting eyikeyi won tabi Antivirus ilana lati jade gbogbo alaye ti atomu tabi awọn miiran ohun na. Ni ibamu pẹlu awọn opo ti aidaniloju, awọn kongẹ diẹ ẹ awọn ohun ti wa ni ti ṣayẹwo, awọn diẹ ti o ti wa ni nfa nipasẹ awọn Antivirus ilana titi kan ojuami ti ni ami nigbati awọn atilẹba ipinle ti awọn ohun dojuru si iru ohun iye ti o siwaju sii ko le gba to alaye lati ṣẹda a ajọra. O ba ndun ni idaniloju: ti o ba a eniyan ko le jade alaye lati awọn ohun lati ṣẹda pipe idaako, awọn igbehin ko le ṣee ṣe.

Kuatomu Teleportation fun dummies

Ṣugbọn awọn mefa sayensi (Charles Bennett, Zhil Brassar, Claude Crépeau, Richard Dzhosa, Aṣeri Peres, ati Uilyam Vuters) ri ona ni ayika yi kannaa, lilo a se ati ki o paradoxical ẹya-ara ti kuatomu isiseero mọ bi awọn Einstein-Podolsky-Rosen. Nwọn si ri ona lati ọlọjẹ awọn alaye teleported ohun A, ati awọn ti o ku untested ìka nipasẹ awọn ipa ti gbigbe awọn nkan miiran ninu olubasọrọ pẹlu A kò joko.

Paradà, nipa a to to C ifihan ti o gbẹkẹle ṣayẹwo alaye le ti wa ni wọ ipinle A lati ọlọjẹ. Ati awọn ara ni ko ni kanna majemu bi awọn ifasilẹ awọn Antivirus ilana, bayi waye ni teleportation, ko esi si idahun.

Awọn Ijakadi fun awọn ibiti

• Ni igba akọkọ ti kuatomu teleportation mu ibi ni 1997 fere ni nigbakannaa nipa sayensi lati University of Innsbruck ati awọn University of Rome. Nigba ti ṣàdánwò a fotonu orisun nini a apa otu ati ti osi, ati ọkan ninu a bata ti kó photons a ti yi pada ki awọn keji atilẹba apa otu ati ti osi fotonu gba. Bayi mejeji photons ti wa ni B lati kọọkan miiran.
• Ni 2012, nibẹ je kan deede kuatomu teleportation (China University of Science and Technology) nipasẹ awọn Alpine lake ni ijinna kan ti 97 km. A egbe ti sayensi lati Shanghai mu nipa Juan Iinem isakoso lati se agbekale a suggestive siseto ti o laaye gbọgán Ipolowo tan.
• Ni September, a gba kuatomu teleportation on 143 km ti a ti gbe jade ni kanna odun. Austria sayensi lati Academy of Sciences of Austria ati awọn University of Vienna labẹ awọn itọsọna ti Antona Tsaylingera ti ni ifijišẹ zqwq kuatomu ipinle laarin awọn meji Canary Islands ti La Palma ati Tenerife. Awọn ṣàdánwò lo meji opitika ibaraẹnisọrọ ila ni ìmọ, kvantumnaya ati kilasika, igbohunsafẹfẹ uncorrelated apa otu ati ti osi tangled bata ti photons orisun, sverhnizkoshumnye nikan-fotonu aṣawari ati ki o idimu aago amuṣiṣẹpọ.
• Ni 2015, oluwadi lati US National Institute of Standards ati ọna ẹrọ fun igba akọkọ ṣe awọn gbigbe ti alaye lori ijinna kan ti siwaju sii ju 100 km ti opitika okun. Eleyi a ti ṣe ṣee ṣe ọpẹ si Institute da fotonu oluwari lilo superconducting nanowires ti molybdenum silicide.

O jẹ wipe ko bojumu ti a kuatomu eto tabi ọna ẹrọ ko ni ko sibẹsibẹ tẹlẹ ati awọn nla Imọ ti ojo iwaju jẹ sibẹsibẹ lati wa si. Ṣugbọn, a le gbiyanju lati da ṣee ṣe oludije fun pato awọn ohun elo ti teleportation. O dara ti arabara wọn pese dédé igba ati awọn ọna le pese awọn julọ ni ileri ojo iwaju fun kuatomu teleportation ati awọn oniwe-elo.

kukuru ijinna

Teleportation a kukuru ijinna (1 m) bi a kuatomu iṣiro subsystem ni ileri semikondokito awọn ẹrọ, awọn ti o dara ju ti eyi ti o jẹ a aworan atọka ti QED. Ni pato, superconducting qubits transmonovye le ẹri deterministic ati ki o nyara deede teleportation ërún. Ti won tun gba a taara sisan ti gidi-akoko, eyi ti o dabi iṣoro on photonic eerun igi. Ni afikun, ti won pese kan diẹ ti iwọn faaji, ati ki o dara Integration ti wa tẹlẹ imo bi akawe si ti tẹlẹ ń sún mọlé, gẹgẹ bi awọn idẹkùn ions. Lọwọlọwọ, awọn nikan drawback ti awọn wọnyi ọna šiše nkqwe ni won lopin eeto akoko (<100 ms). Isoro yi le wa ni re nipa lilo QED Integration pẹlu semikondokito iyika omo okorin iranti ẹyin (nitrogen-iparo pẹlu aye tabi gara doped pẹlu toje aiye eroja), eyi ti o le pese kan gun eeto akoko fun awọn kuatomu ti data ipamọ. Lọwọlọwọ, yi imuse jẹ ọrọ kan fun tobi akitiyan ti awọn ijinle sayensi awujo.

City asopọ

Wa teleport si ilu asekale (orisirisi ibuso) le wa ni idagbasoke lilo awọn opitika igbe. Ni to kekere pipadanu, awọn ọna šiše pese ga iyara ati bandiwidi. Ti won le tesiwaju lati tabili awọn imuṣẹ si alabọde-ibiti o šiše ọna lori awọn air tabi opitika okun, pẹlu ṣee ṣe Integration pẹlu ohun okorin ti kuatomu iranti. Lori gun ijinna, ṣugbọn pẹlu kekere iyara le ti wa ni waye nipa kan arabara ona tabi nipa sese ti o dara repeaters da lori ti kii-Gaussiani lakọkọ.

Telecommunication

Gun-ijinna kuatomu teleportation (lori 100 km) jẹ ohun ti nṣiṣe lọwọ agbegbe, sugbon si tun je iya lati ohun-ìmọ isoro. Apa otu ati ti osi qubits - ti o dara ẹjẹ fun kekere-iyara teleport lori gun okun opitiki ila ti ibaraẹnisọrọ ki o si nipasẹ awọn air, sugbon ni akoko ti bèèrè ni a bi ẹnipe nitori pe erin Bella.

Biotilejepe bi ẹnipe teleportation ati entanglement wa ni o dara fun awọn ohun elo bi distillation ti entanglement ati kuatomu cryptography, sugbon o jẹ kedere yatọ lati ibaraẹnisọrọ ninu eyi ti awọn input alaye gbọdọ wa ni kikun dabo.

Ti a ba gba yi bi ẹnipe iseda, awọn imuse ti awọn satẹlaiti ni o wa laarin ni arọwọto ti igbalode imo ero. Ni afikun si awọn Integration ti titele ọna, awọn ifilelẹ ti awọn isoro ni o wa ni ga adanu ṣẹlẹ nipasẹ awọn ntan ti awọn tan ina. Eleyi le ṣee bori ni a iṣeto ni ibi ti entanglement wa ni pin lati satẹlaiti si ori ilẹ imutobi pẹlu kan ti o tobi iho. Ro satẹlaiti iho ti 20 cm ni 600 km iga ati 1 m iho imutobi lori ilẹ, ọkan le reti nipa 75 Di ti pipadanu ni a downlink ikanni ti o jẹ kere ju 80 Di isonu ni ilẹ ipele. Imuse ti awọn "ilẹ ayé satẹlaiti" tabi "Companion satẹlaiti" ni o wa eka sii.

kuatomu iranti

Future lilo ti teleportation bi ara kan ti a ti ti iwọn nẹtiwọki wa ni taara ti o ni ibatan si awọn oniwe-Integration pẹlu kuatomu iranti. Awọn igbehin gbọdọ ni dara julọ ni awọn ofin ti ṣiṣe iyipada ni wiwo "Ìtọjú-ọrọ ', ohun yiye ti gbigbasilẹ ati kika, akoko ati ibi ipamọ agbara, ga iyara ati ibi ipamọ agbara. Akọkọ ti gbogbo awọn ti o faye gba o lati lo repeaters fun igbelaruge ibaraẹnisọrọ jina ju awọn taara gbigbe nipa lilo awọn aṣiṣe atunse awọn koodu. Awọn idagbasoke ti kan ti o dara kuatomu iranti yoo gba ko nikan lati kaakiri entanglement ati teleportation nẹtiwọki ibaraẹnisọrọ, sugbon o tun sopọ si ilana ti o ti fipamọ alaye. Nigbeyin, yi le tan sinu nẹtiwọki kan ti agbaye pin kuatomu kọmputa tabi a igba fun ojo iwaju kuatomu Internet.

ni ileri idagbasoke

Iparun ensembles asa kà wuni nitori ti won daradara iyipada ti awọn "ina-ọrọ" ati awọn won millisecond akoko ti ipamọ, eyi ti o le le to to 100 ms nilo lati atagba ina agbaye. Sibẹsibẹ, diẹ to ti ni ilọsiwaju idagbasoke ti wa ni bayi o ti ṣe yẹ lori ilana ti semikondokito awọn ọna šiše, ni ibi ti o tayọ omo okorin kuatomu iranti taara ese pẹlu awọn iwọn faaji ti Circuit QED. Yi iranti ko le nikan fa awọn eeto akoko Circuit QED, sugbon tun lati pese opitika-makirowefu ni wiwo fun awọn interconversion ti opitika Telecommunication ati ërún makirowefu photons.

Bayi, iwaju Imọ ti sayensi ni awọn aaye ti kuatomu ayelujara ni o seese lati wa ni orisun lori gun-ijinna opitika ibaraẹnisọrọ, conjugated semiconducting sipo fun kuatomu alaye processing.