Teleportation ควอนตัม: การค้นพบที่ยิ่งใหญ่ของนักฟิสิกส์

teleportation ควอนตัมเป็นหนึ่งในโปรโตคอลที่สำคัญที่สุดในข้อมูลควอนตัม บนพื้นฐานของทรัพยากรทางกายภาพของความสับสนก็เป็นองค์ประกอบหลักของงานข้อมูลต่างๆและการแสดงให้เห็นถึงส่วนหนึ่งที่สำคัญของเทคโนโลยีควอนตัมที่มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาต่อไปของควอนตัมคอมพิวเตอร์เครือข่ายและการสื่อสาร

จากนิยายวิทยาศาสตร์ที่จะค้นพบทางวิทยาศาสตร์

จะได้รับมากกว่าสองทศวรรษที่ผ่านมานับตั้งแต่การค้นพบของ teleportation ควอนตัมซึ่งอาจเป็นหนึ่งในผลกระทบที่น่าสนใจและน่าตื่นเต้นที่สุดของ "ความแปลก" ของกลศาสตร์ควอนตั ก่อนที่เหล่านี้ถูกค้นพบที่ยิ่งใหญ่ความคิดนี้เป็นดินแดนของนิยายวิทยาศาสตร์ คิดค้นครั้งแรกในปี 1931 โดยในระยะชาร์ลส์เอชฟอร์ต "teleportation" นับ แต่นั้นมาใช้ในการอธิบายกระบวนการที่ร่างกายและวัตถุที่ถูกโอนย้ายจากที่หนึ่งไปยังอีกที่มันไม่ได้จริงๆเอาชนะระยะห่างระหว่างพวกเขา

ในปี 1993 เขาได้ตีพิมพ์บทความที่อธิบายโปรโตคอลของข้อมูลควอนตัมที่เรียกว่า "teleportation ควอนตัม" ที่ใช้ร่วมกันบางส่วนของอาการดังกล่าวข้างต้น มันไม่รู้จักสถานะของระบบทางกายภาพเป็นวัดและต่อมาทำซ้ำหรือ "อีกครั้งไป" ในไซต์ระยะไกล (องค์ประกอบทางกายภาพของระบบเดิมยังคงอยู่ในการถ่ายโอนสถานที่) กระบวนการนี้ต้องใช้วิธีที่คลาสสิกของการสื่อสารและกำจัด superluminal สื่อสาร มันต้องมีชีวิตของความสับสน ในความเป็นจริง teleportation สามารถดูเป็นโปรโตคอลของข้อมูลควอนตัมที่ชัดเจนมากที่สุดแสดงให้เห็นถึงลักษณะของความสับสนนี้โดยไม่ต้องมีสถานะของการถ่ายโอนที่จะไม่เป็นไปภายใต้กรอบของกฎหมายที่อธิบายกลศาสตร์ควอนตัที่

Teleportation ได้เล่นบทบาทที่สำคัญในการพัฒนาวิทยาศาสตร์ของข้อมูล ในมือข้างหนึ่งนี้เป็นโปรโตคอลแนวความคิดซึ่งมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาของควอนตัมอย่างเป็นทางการ ทฤษฎีข้อมูล และที่อื่น ๆ มันเป็นองค์ประกอบพื้นฐานของเทคโนโลยีหลาย ควอนตัมทวน - เป็นองค์ประกอบสำคัญของการสื่อสารทางไกล สวิทช์ teleportation ควอนตัมการคำนวณบนพื้นฐานของการวัดและเครือข่ายควอนตัม - เป็นอนุพันธ์ดังกล่าวทั้งหมด มันถูกใช้เป็นเครื่องมือที่ง่ายสำหรับการศึกษาของ "ที่สุด" ของฟิสิกส์บนเส้นโค้งชั่วคราวและการระเหย ของหลุมดำ

วันนี้ teleportation ควอนตัมได้รับการยืนยันในห้องปฏิบัติการทั่วโลกโดยใช้ความหลากหลายของพื้นผิวและเทคโนโลยีรวมทั้ง qubits โทนิคแม่เหล็กนิวเคลียร์โหมดออปติคอล, กลุ่มของอะตอม, อะตอมติดกับดักและระบบเซมิคอนดักเตอร์ ผลที่โดดเด่นได้รับการประสบความสำเร็จในช่วง teleportation มาทดลองกับดาวเทียม นอกจากนี้ยังมีความพยายามที่จะไต่ขึ้นไประบบที่ซับซ้อนมากขึ้น

teleportation ของ qubits

ควอนตัม teleportation เป็นครั้งแรกสำหรับระบบสองระดับที่เรียกว่า qubits พิธีสารพิจารณาจากทั้งสองฝ่ายที่ห่างไกลที่เรียกว่าอลิซและบ๊อบที่แบ่งปัน qubit 2, A และ B อยู่ในสถานะทอดบริสุทธิ์เรียกว่าคู่เบลล์ ที่ทางเข้าอลิซได้รับ qubit อื่นและมีสภาพρไม่เป็นที่รู้จัก จากนั้นจะดำเนินการตรวจวัดควอนตัมร่วมกันเรียกว่าการค้นพบของเบลล์ จะดำเนินการและในหนึ่งในสี่ของเบลล์รัฐ เป็นผลให้รัฐเข้าของ qubit เมื่อวัดอลิซจะหายไปและบ๊อบบีคิวบิตฉายพร้อมกันบน P ^† _k ρP _k ในโปรโตคอลขั้นตอนสุดท้ายอลิซส่งผลคลาสสิกของวัดบ๊อบที่ใช้ประกอบ _k Pauli P เพื่อเรียกคืนρเดิม

สถานะเริ่มต้นของคิวบิตอลิซถือว่าไม่ระบุชื่อเพราะมิฉะนั้นโปรโตคอลจะลดลงไปตรวจวัดระยะไกล นอกจากนี้ตัวเองอาจจะเป็นส่วนหนึ่งของระบบคอมโพสิตขนาดใหญ่ที่ใช้ร่วมกันกับบุคคลที่สาม (ในกรณีนี้ teleportation ที่ประสบความสำเร็จต้องมีความสัมพันธ์การเล่นกับบุคคลที่สามนี้)

การทดลองตามแบบฉบับของ teleportation ควอนตัมใช้เวลาสภาพเดิมที่บริสุทธิ์และเป็นของตัวอักษรที่ถูก จำกัด เช่นหกเสาของทรงกลมโบลช ในที่ที่มีคุณภาพ decoherence ของรัฐใหม่ที่สามารถแสดงความ∈ teleportation F ที่ถูกต้องในเชิงปริมาณ [0, 1] ความถูกต้องระหว่างรัฐของ Alice และ Bob นี้เฉลี่ยมากกว่าทุกผลการตรวจสอบของเบลล์และตัวอักษรเดิม สำหรับค่าเล็ก ๆ ของความถูกต้องของวิธีการที่มีอยู่เพื่อให้สามารถเคลื่อนย้ายที่ไม่สมบูรณ์โดยไม่ต้องใช้ทรัพยากรที่ซับซ้อน ยกตัวอย่างเช่นอลิซโดยตรงอาจวัดสภาพเดิมโดยการส่งบ๊อบสำหรับการเตรียมการของรัฐในผลลัพธ์ กลยุทธ์การวัดผลการฝึกอบรมนี้จะเรียกว่า "teleportation คลาสสิก." _{แต่ก็มีความถูกต้องสูงสุดของระดับ} F = 2/3 รัฐป้อนข้อมูลใด ๆ ที่เรียงตามตัวอักษรเทียบเท่าเงื่อนไขที่เป็นกลางร่วมกันเช่นรูปทรงกลม Bloch หกเสา

ดังนั้นจึงเป็นตัวบ่งชี้ที่ชัดเจนของการใช้ทรัพยากรของควอนตัมเป็นค่าความแม่นยำ F> F _ชั้น

ไม่ได้เป็นคิวบิตเดียว

ตาม ฟิสิกส์ควอนตัม teleportation ของ qubits ไม่ จำกัด ก็อาจรวมถึงระบบหลายมิติ สำหรับแต่ละ จำกัด มาตรการ d ได้สูตร teleportation โครงการที่เหมาะสำหรับการใช้พื้นฐานที่สุดเวกเตอร์ทอดรัฐซึ่งอาจจะได้รับจากการให้รัฐเข้าไปพัวพันที่สุดและพื้นฐาน {U _{k} ^{ผู้ประกอบการรวมความพึงพอใจของทีอาร์ (U †เจ U k)}} = dδเจ k . เช่นโปรโตคอลสามารถถูกสร้างขึ้นสำหรับการใด ๆ แน่นอน-Hilbert พื้นที่ r. เอ็น ระบบตัวแปรที่ไม่ต่อเนื่อง

นอกจากนี้ teleportation ควอนตัมสามารถนำไปใช้กับระบบที่มีพื้นที่ Hilbert อนันต์เรียกว่าระบบอย่างต่อเนื่องตัวแปร เป็นกฎที่พวกเขาจะตระหนักโดยโหมด Boson แสงสนามไฟฟ้าซึ่งสามารถอธิบายผู้ประกอบการสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัส

ความเร็วและความไม่แน่นอนหลักการ

ความเร็วของการ teleportation ควอนตัมคืออะไร? ข้อมูลจะถูกส่งด้วยความเร็วคล้ายกับความเร็วในการส่งของจำนวนเดียวกันของคลาสสิก - อาจจะมี ความเร็วของแสง ในทางทฤษฎีมันจึงสามารถใช้วิธีการคลาสสิกไม่สามารถ - ตัวอย่างเช่นในการใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีข้อมูลที่มีเฉพาะไปยังผู้รับ

ไม่ teleportation ควอนตัมละเมิด หลักความไม่แน่นอนหรือไม่ ในอดีตที่ผ่านมาความคิดของการเคลื่อนย้ายไม่ได้ถ่ายจริงๆอย่างจริงจังโดยนักวิชาการเพราะมันก็เชื่อว่ามีการละเมิดหลักการของการห้ามมิให้วัดหรือสแกนกระบวนการใด ๆ เพื่อดึงทุกอะตอมข้อมูลหรือวัตถุอื่น ๆ ตามหลักการของความไม่แน่นอนที่แม่นยำมากขึ้นวัตถุที่ถูกสแกนมากขึ้นก็เป็นผลมาจากการสแกนจนถึงจุดที่จะมาถึงเมื่อสถานะเดิมของวัตถุรบกวนดังกล่าวเท่าที่มากขึ้นไม่สามารถหาได้ข้อมูลเพียงพอที่จะสร้างแบบจำลอง มันฟังดูน่าเชื่อ: ถ้าเป็นคนที่ไม่สามารถดึงข้อมูลจากวัตถุที่จะสร้างสำเนาที่สมบูรณ์แบบหลังไม่สามารถทำได้

ควอนตัม Teleportation for Dummies

แต่นักวิทยาศาสตร์หก (ชาร์ลเบนเน็ตต์ zhil Brassar, โคลดเครโปริชาร์ด Dzhosa แอชเปเรสและ Uilyam Vuters) พบวิธีรอบตรรกะนี้โดยใช้คุณลักษณะที่มีชื่อเสียงโด่งดังและความขัดแย้งของกลศาสตร์ควอนตัรู้จักในฐานะที่ไอน์สไต-Podolsky-Rosen พวกเขาพบวิธีที่จะสแกนข้อมูลหายตัววัตถุ A, และที่เหลืออีกส่วนหนึ่งยังไม่ทดลองผ่านผลของการถ่ายโอนวัตถุอื่น ๆ ในการติดต่อกับที่ไม่เคยปฏิบัติ

ต่อมาโดยใช้การสัมผัส C ข้อมูลสแกนขึ้นสามารถถูกป้อนเข้าสู่รัฐในการสแกน และตัวเขาเองไม่ได้อยู่ในสภาพเดียวกับขั้นตอนการสแกนกลับประสบความสำเร็จจึงเป็น teleportation ไม่ทำแบบจำลอง

การต่อสู้เพื่อช่วง

• teleportation ควอนตัมแรกที่เกิดขึ้นในปี 1997 เกือบจะพร้อมกันโดยนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยอินส์บรุและมหาวิทยาลัยแห่งกรุงโรม ระหว่างการทดสอบแหล่งโฟตอนที่มีโพลาไรซ์และหนึ่งในคู่ของโฟตอนทอดรับการเปลี่ยนแปลงเพื่อให้ที่สองโฟตอนโพลาไรซ์เดิมที่ได้รับ ดังนั้นทั้งโฟตอนมีระยะห่างจากกัน
• ในปี 2012 teleportation ควอนตัมปกติ (จีนมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี) ผ่านทะเลสาบอัลไพน์ที่ระยะทาง 97 กิโลเมตร ทีมนักวิทยาศาสตร์จากเซี่ยงไฮ้นำโดยฮวน Iinem จัดการเพื่อการพัฒนากลไกการชี้นำที่อนุญาตให้มีการกำหนดเป้าหมายอย่างแม่นยำคาน
• ในเดือนกันยายน teleportation บันทึกควอนตัม 143 กม. ได้ดำเนินการในปีเดียวกัน นักวิทยาศาสตร์ชาวออสเตรียจาก Academy of Sciences ของออสเตรียและมหาวิทยาลัยเวียนนาภายใต้ทิศทางของ Antona Tsaylingera ได้ส่งประสบความสำเร็จในรัฐควอนตัมระหว่างสองหมู่เกาะคานารีของ La Palma และเตเนริเฟ่ การทดลองใช้ทั้งสองสายการสื่อสารทางแสงในการเปิด kvantumnaya และคลาสสิกความถี่โพลาไรซ์ uncorrelated อีนุงตุงนังคู่ของแหล่งที่มาของโฟตอน sverhnizkoshumnye ตรวจจับเดียวโฟตอนและการประสานนาฬิกาคลัทช์
• ในปี 2015 นักวิจัยจากสหรัฐอเมริกาสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีเป็นครั้งแรกทำให้การถ่ายโอนข้อมูลเป็นระยะทางกว่า 100 กิโลเมตรจากใยแก้วนำแสงที่ นี้ถูกสร้างขึ้นขอบคุณไปได้ที่จะสร้างสถาบันตรวจจับโฟตอนโดยใช้ nanowires ยิ่งยวดของโมลิบดีนัมซิลิไซด์

เป็นที่ชัดเจนว่าในอุดมคติของระบบควอนตัมหรือเทคโนโลยียังไม่อยู่และการค้นพบที่ยิ่งใหญ่ในอนาคตยังมาไม่ถึง อย่างไรก็ตามเราสามารถพยายามที่จะระบุผู้สมัครที่เป็นไปได้สำหรับการใช้งานที่เฉพาะเจาะจงของ teleportation การผสมพันธุ์เหมาะพวกเขามีให้พื้นฐานที่สอดคล้องกันและวิธีการอาจจัดให้มีอนาคตที่มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับ teleportation ควอนตัมและการประยุกต์ใช้

ระยะทางสั้น ๆ

Teleportation เป็นระยะทางสั้น ๆ (1 เมตร) เป็นควอนตัมของระบบย่อยการคำนวณที่มีแนวโน้มอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ดีที่สุดของซึ่งเป็นแผนภาพของ QED โดยเฉพาะอย่างยิ่ง qubits ยิ่งยวด transmonovye สามารถรับประกันชิป teleportation กำหนดและมีความแม่นยำสูง พวกเขายังช่วยให้การไหลโดยตรงของแบบ real-time ซึ่งดูเหมือนว่ามีปัญหาเกี่ยวกับชิปโทนิค นอกจากนี้พวกเขาให้เป็นสถาปัตยกรรมที่ปรับขนาดได้มากขึ้นและบูรณาการที่ดีขึ้นของเทคโนโลยีที่มีอยู่เมื่อเทียบกับวิธีการก่อนหน้านี้เช่นไอออนขังอยู่ ปัจจุบันข้อเสียเปรียบเพียงของระบบเหล่านี้เห็นได้ชัดว่าเป็นเวลาที่การเชื่อมโยงกันของพวกเขา จำกัด (<100 มิลลิวินาที) ปัญหานี้สามารถแก้ไขได้โดยใช้บูรณาการกับ QED วงจรเซมิคอนดักเตอร์หมุนเซลล์หน่วยความจำชุด (ไนโตรเจนแทนที่ด้วยตำแหน่งงานว่างหรือคริสตัลเจือด้วยธาตุหายาก) ซึ่งสามารถให้บริการเป็นเวลานานสำหรับการเชื่อมโยงกันของควอนตัมการจัดเก็บข้อมูล ขณะนี้การดำเนินการนี้เป็นเรื่องสำหรับความพยายามที่มากขึ้นของชุมชนทางวิทยาศาสตร์

การเชื่อมโยงเมือง

เราส่งผ่านทางไกลขนาดเมือง (หลายกิโลเมตร) จะได้รับการพัฒนาโดยใช้โหมดออปติคอล ที่สูญเสียต่ำพอระบบเหล่านี้ให้ความเร็วสูงและแบนด์วิดธ์ พวกเขาสามารถยื่นออกมาจากการใช้งานเดสก์ทอปกับระบบช่วงกลางในการดำเนินงานในช่วงอากาศหรือใยแก้วนำแสงที่มีการรวมที่เป็นไปได้กับชุดของหน่วยความจำควอนตัม ในระยะทางไกล แต่ด้วยความเร็วต่ำสามารถทำได้โดยวิธีไฮบริดหรือโดยการพัฒนาขาประจำที่ดีขึ้นอยู่กับกระบวนการที่ไม่เสียน

การสื่อสารโทรคมนาคม

ทางไกล teleportation ควอนตัม (มากกว่า 100 กิโลเมตร) เป็นพื้นที่ที่ใช้งาน แต่ก็ยังทนทุกข์ทรมานจากปัญหาเปิด qubits โพลาไรซ์ - ผู้ให้บริการที่ดีที่สุดสำหรับการส่งผ่านทางไกลความเร็วต่ำกว่าเส้นใยแก้วนำแสงที่ยาวนานของการสื่อสารและการผ่านอากาศ แต่ในขณะที่โพรโทคอเป็นความน่าจะเป็นเนื่องจากการตรวจสอบที่ไม่สมบูรณ์ของเบลล่า

แม้ว่า teleportation ความน่าจะเป็นและสิ่งกีดขวางที่มีความเหมาะสมสำหรับการใช้งานเช่นการกลั่นของสิ่งกีดขวางและการเข้ารหัสควอนตัม แต่มันเป็นที่ชัดเจนแตกต่างจากการสื่อสารที่ข้อมูลการป้อนข้อมูลที่ต้องเก็บรักษาไว้อย่างเต็มที่

ถ้าเรายอมรับเรื่องนี้น่าจะเป็นลักษณะการดำเนินงานของดาวเทียมจะอยู่ในอุ้งมือของเทคโนโลยีที่ทันสมัย นอกจากนี้เพื่อบูรณาการวิธีการติดตามปัญหาหลักคือการสูญเสียสูงที่เกิดจากการแพร่กระจายของคาน นี้สามารถเอาชนะในการกำหนดค่าที่พัวพันมีการกระจายจากดาวเทียมเพื่อกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินที่มีรูรับแสงขนาดใหญ่ สมมติว่ารูรับแสงจากดาวเทียมของ 20 ซม. ความสูงที่ 600 กม. และ 1 ม. รูรับแสงกล้องโทรทรรศน์บนพื้นดินหนึ่งสามารถคาดหวังประมาณ 75 เดซิเบลของการสูญเสียในช่อง downlink ที่น้อยกว่า 80 เดซิเบลการสูญเสียที่ระดับพื้นดิน การดำเนินงานของ "โลกผ่านดาวเทียม" หรือ "ดาวเทียมสหาย" ที่มีความซับซ้อนมากขึ้น

หน่วยความจำควอนตัม

ใช้งานในอนาคตของ teleportation เป็นส่วนหนึ่งของเครือข่ายที่ปรับขนาดได้เกี่ยวข้องโดยตรงกับการทำงานร่วมกับหน่วยความจำของควอนตัม หลังต้องมียอดเยี่ยมในแง่ของอินเตอร์เฟซการแปลงอย่างมีประสิทธิภาพ "รังสีเรื่อง' ความถูกต้องของการบันทึกและการอ่านเวลาและความจุความเร็วสูงและความจุ ครั้งแรกของทั้งหมดจะช่วยให้คุณใช้ขาประจำสำหรับการเสริมสร้างการสื่อสารที่ไกลเกินกว่าการถ่ายโอนโดยตรงโดยใช้รหัสการแก้ไขข้อผิดพลาด การพัฒนาของหน่วยความจำที่ควอนตัมที่ดีจะช่วยให้ไม่เพียง แต่จะแจกจ่ายสิ่งกีดขวางและเครือข่ายการสื่อสาร teleportation แต่ยังเชื่อมต่อในการประมวลผลข้อมูลที่เก็บไว้ ท้ายที่สุดนี้อาจจะเปลี่ยนเป็นเครือข่ายการกระจายในระดับสากล คอมพิวเตอร์ควอนตัม หรือพื้นฐานสำหรับอินเทอร์เน็ตควอนตัมในอนาคต

การพัฒนาที่มีแนวโน้ม

ตระการตานิวเคลียร์ถือเป็นประเพณีที่น่าสนใจเพราะการแปลงที่มีประสิทธิภาพของพวกเขา "ไฟเรื่อง" มิลลิวินาทีและระยะเวลาของการจัดเก็บของพวกเขาซึ่งสามารถเป็นได้ถึง 100 มิลลิวินาทีที่จำเป็นในการส่งแสงทั่วโลก อย่างไรก็ตามการพัฒนาที่สูงขึ้นคาดว่าขณะนี้อยู่บนพื้นฐานของระบบเซมิคอนดักเตอร์ที่สปินที่ยอดเยี่ยมหน่วยความจำควอนตัมชุดบูรณาการโดยตรงกับสถาปัตยกรรมที่ปรับขนาดของวงจร QED หน่วยความจำนี้ไม่เพียง แต่สามารถขยายเวลาการเชื่อมโยงวงจร QED แต่ยังให้อินเตอร์เฟซแสงไมโครเวฟ interconversion ของการสื่อสารโทรคมนาคมแสงและชิปโฟตอนไมโครเวฟ

ดังนั้นการค้นพบของนักวิทยาศาสตร์ในอนาคตในด้านของอินเทอร์เน็ตควอนตัมมีแนวโน้มที่จะต้องอยู่บนพื้นฐานทางไกลการสื่อสารทางแสงหน่วยกึ่งตัวนำผันสำหรับการประมวลผลข้อมูลควอนตัม