Teleportación cuántica: grandes descubrimientos científicos-físicos

Teleportación Cuántica es uno de los más importantes protocolos en cuántica de la información. Basándose en el físico, el recurso de la confusión, ella constituye el principal elemento de los diferentes problemas de información y es un componente importante de la cuántica de la tecnología, que juega un papel clave en el futuro desarrollo de la computación cuántica, la creación de redes y la comunicación.

De la ciencia ficción antes de la apertura de los científicos

Han Pasado ya más de dos décadas desde la apertura de la teleportación cuántica, que es posiblemente uno de los más interesantes y emocionantes efectos de la  extraño» la mecánica cuántica. Antes de que se hicieron estos grandes descubrimientos, la idea de que pertenecía a la esfera de la ciencia ficción. Por primera vez inventado en 1931, charles C. de la Fortaleza, el término  teleportación» desde entonces se utiliza para describir el proceso mediante el cual el cuerpo y los objetos se pasan de un lugar a otro, en realidad no la superación de la distancia entre ellos.

En el año de 1993 se publicó un artículo con la descripción del protocolo cuántica de la información, que recibió el nombre de «teleportación cuántica», que la dividió en varias de las anteriores características. En él un estado de un sistema físico se mide y, posteriormente, se reproduce o «volverá a reunirseó en un lugar remoto (elementos físicos de un sistema original permanece en el lugar de la transferencia). Este proceso requiere de los clásicos medios de comunicación y excluye сверхсветовую la comunicación. Para él es necesario el recurso de la implicación. En realidad, el teletransporte se puede considerar como el protocolo cuántica de la información, es el que más se demuestra claramente la naturaleza de la implicación: sin su presencia cuál es el estado de la transferencia no sería posible, en el marco de las leyes, que describe la mecánica cuántica.

Teleportación, desempeña un papel activo en el desarrollo de la ciencia de la información. Por un lado, es un diseño conceptual de un protocolo, que juega un papel decisivo en el desarrollo formal de la teoría cuántica de la información, y por el otro es una parte fundamental de muchas de las tecnologías. Un repetidor – un elemento clave de la comunicación a grandes distancias. Teleportación cuántica de los interruptores, los cálculos sobre la base de mediciones y cuánticos de la red – todos son sus derivados. Se utiliza como una herramienta simple para el estudio de la  extrema» la física, relacionada con el temporal de las curvas y la evaporación de los agujeros negros.

Hoy teleportación cuántica confirma en los laboratorios de todo el mundo utilizando una variedad de sustratos y tecnología, incluyendo el de fotones кубитов, resonancia magnética nuclear, óptica de moda, grupos de átomos, tomados de los átomos y de los sistemas de semiconductores. Los mejores resultados se han logrado en el área de alcance de la teleportación, se celebrarán los experimentos con los satélites. Además, comenzó el intento de escalar hasta los sistemas más complejos.

Teleportación кубитов

Teleportación Cuántica fue descrita por primera vez para dúplex de sistemas, de los llamados кубитов. El protocolo considera dos eliminados de las partes, denominadas Alicia y bob, que comparten 2 кубита, A y b, se encuentran en estado puro atribulado estado, también llamado un par de bella. En la entrada de alicia se da otro codo y cuyo estado ρ desconocido. A continuación, se realiza la participación cuántica de la medición, el llamado descubrimiento de bella. Se transfiere a y A en uno de los cuatro estados de bell. En consecuencia, el estado de la entrada кубита de Alicia cuando se mide desaparece y el codo de bob B al mismo tiempo se proyecta en el R^†_KρP_K. En la última fase del protocolo de alicia pasa clásico de los resultados de la medición de bob, que aplica el operador de pauli, P_K para restaurar el original ρ.

El estado Inicial de кубита Alicia se considera desconocido, ya que en caso contrario, el protocolo se reduce a su escritorio de medir. Además, es en sí mismo puede ser parte de una gran integrante del sistema, compartida con un tercero (en este caso, el éxito de la teleportación requiere de reproducción de todas las correlaciones con esta tercera parte).

El Típico experimento de teleportación cuántica acepta su estado original puro y pertenecen a una orden alfabético, por ejemplo, seis de los polos de la esfera de bloch. En presencia de декогеренции la calidad de la reconstruida de estado se puede cuantificar expresó la precisión de la teleportación F ∈ [0, 1]. Esta es la precisión entre los estados de Alicia y bob, que es un promedio de todos los resultados de la detección de la bella y original en orden alfabético. Para valores bajos de precisión, existen métodos que permiten pasar la imperfecta teleportación sin el uso confuso de los recursos.Por ejemplo, alicia puede calcular directamente su estado original, el envío de los resultados a bob para la preparación resultante de estado. Una estrategia de medición-la preparación se llama  clásicos de la teletransportación». Ella tiene una precisión máxima de F_Class = 2/3 arbitrario el estado de entrada, lo que equivale a un índice alfabético mutuamente несмещенных condiciones, tales como seis de los polos de la esfera de bloch.

Por lo tanto, la señal más clara del uso de la cuántica de recursos es el valor de la precisión de F> F_Class.

No кубитом único

Como dice la física cuántica, la teleportación no se limita a кубитами, se puede incluir multidimensionales del sistema. Para cada hoja de la dimensión d se puede formular el esquema ideal de la teleportación, utilizando la base máxima confusas de los vectores de estado que puede ser obtenido a partir de un máximo confuso estado y de la base {U_K} unitarios de los operadores que cumplan tr(U^†_J U_K) = dδ_J,k. Este protocolo se puede construir para cualquier конечноразмерного гильбертового espacio de lo que se conoce como un incremento de las variables de los sistemas.

Además, la teleportación cuántica puede aplicarse a los sistemas con infinita гильбертовым espacio, llamados continuamente-variables de los sistemas. Como regla general, se implementan las ópticas de бозонными las modas, el campo eléctrico que se puede describir квадратурными operadores.

La Velocidad y el principio de incertidumbre

¿Cuál es la velocidad de la teleportación cuántica? La información se transmite a una velocidad similar a la velocidad de la transmisión de la misma cantidad de clásicos – tal vez, con la velocidad de la luz. En teoría, se puede utilizar de una manera clásica no puede – por ejemplo, en los cálculos cuánticos, donde los datos están disponibles sólo por el receptor.

Si Infringe teleportación cuántica el principio de incertidumbre? En el pasado la idea de la teleportación no muy seriamente considerado por los científicos, debido a que se considera que se viola el principio de prohibición de cualquier medición o сканирующему el proceso de extraer toda la información de un átomo o de otro objeto. De acuerdo con el principio de incertidumbre, la más precisa el objeto se explora más en él influyen en el proceso de digitalización, hasta que se alcanza el punto de que cuando el estado inicial del objeto se romperá hasta tal punto que ya no se dispondrá de información suficiente para crear una copia exacta. Suena convincente: si la persona no puede recuperar la información de un objeto para crear una copia perfecta, este último hecho no puede ser.

Teleportación Cuántica para principiantes

Pero seis de los científicos (charles bennett, gilles Брассар, claude Crépeau, richard Джоса, asher pérez y william Вутерс) han encontrado una manera de evitar esta lógica, utilizando la famosa y como característica de la mecánica cuántica, conocida como el efecto einstein-podolsky-rosen. Ellos encontraron la manera de digitalizar parte de la información телепортируемого del objeto A, y el resto no contrastada a través de la parte de dicho efecto de transferir a otro objeto, en contacto con el Y nunca пребывавшему.

En el futuro, mediante la aplicación de la C de la exposición, depende de la información escaneada, se puede introducir directamente en el estado Y antes de la exploración. El mismo ya no está en el mismo estado, ya que cambia totalmente el proceso de digitalización, por lo que el acuerdo alcanzado es la teletransportación, y no mediante la replicación.

La Lucha por la distancia

• La Primera teleportación cuántica se realizó en 1997, casi al mismo tiempo los investigadores de la Universidad de innsbruck y de la Universidad de roma. Durante el experimento original de fotones con polarización, y un par de tropezones de los fotones se han racionalizado por lo tanto, que el segundo fotón recibió la polarización de origen. En este caso, ambos del fotón se encontraban a una distancia el uno del otro.
• En 2012 tuvo lugar ordinario de teleportación cuántica (china, la Universidad de ciencia y tecnología) a través de un lago alpino a una distancia de 97 km. Equipo de científicos de la ciudad de shanghái, encabezada por juan Иинем ha conseguido desarrollar una sugerente de un mecanismo que permite que alinear el haz.
• En septiembre de ese mismo año tuvo lugar el record teleportación cuántica de 143 km Austríacos, los científicos de la Academia de ciencias de austria y de la Universidad de viena, bajo la dirección de anton Цайлингера transferido con éxito cuántico de estado entre las dos islas canarias de La palma y tenerife. En el experimento se utilizaron dos ópticos de la línea de comunicación en el espacio abierto, квантумная y clásica, la frecuencia некоррелированная поляризационно enredado par de fotones fuentes, сверхнизкошумные однофотонные detectores y сцепленная velocidad de sincronización.
• En el año 2015, los investigadores del instituto americano Nacional de estándares y tecnología por primera vez realizado el traspaso de la información enuna distancia de más de 100 kilómetros de fibra óptica. Esto es posible gracias a creado en el instituto de однофотонным los detectores que utilizan superconductores нанопровода de силицида de molibdeno.

Claro, lo ideal cuántica del sistema o tecnología todavía no existe y grandes descubrimientos del futuro por delante. Sin embargo, puede tratar de identificar a los posibles candidatos en áreas de aplicación específicas de la teleportación. Adecuada su hibridación, siempre y cuando sea compatible de la base y de los métodos puede proporcionar más futuro prometedor para la teleportación cuántica y sus aplicaciones.

Las distancias son Cortas

Teleportación en distancias cortas (hasta 1 m) como un subsistema de computación cuántica перспективна en dispositivos semiconductores, en el mejor de los cuales es el esquema de la QED. En particular, superconductores трансмоновые кубиты pueden garantizar determinista y prismas de teletransporte en el chip. También permiten la presentación directa en tiempo real, que parece problemático en fotones, los chips. Además, ofrecen más de arquitectura escalable y una mejor integración de las tecnologías existentes, en comparación con los anteriores enfoques, tales como capturas de jonás. En la actualidad, el único inconveniente de estos sistemas, al parecer, es su limitado tiempo de la coherencia (<100 µs). Este problema puede ser resuelto con la ayuda de la integración del esquema de QED de estado sólido de spin-ансамблевыми posiciones de memoria (con azotno-замещенными vacantes o легированными редкоземельными elementos de cristales), que pueden aportar mucho tiempo de la coherencia para cuántico de almacenamiento de datos. En la actualidad, esta aplicación es objeto de un esfuerzo de la comunidad científica.

El Ayuntamiento conectividad

Телепортационная la comunicación en toda la ciudad (varios kilómetros) podría desarrollarse con el uso de la óptica de la moda. Cuando está lo suficientemente bajas pérdidas de estos sistemas garantizan la alta velocidad y ancho de banda. Pueden ampliarse desde el escritorio de implementaciones a los sistemas de media distancia, que operan a través de la emisión, o la fibra óptica, con una posible integración con ансамблевой cuántica de la memoria. Más de larga distancia, pero con tasas más bajas velocidades pueden lograrse mediante el método híbrido o mediante el desarrollo de buenas repetidores, basados en негауссовских los procesos.

Lejano conectividad

Междугородняя teleportación cuántica (más de 100 km) es un área activa, pero aún sufre abierta problemas. Кубиты polarización – los mejores medios para la baja velocidad de la teleportación de largo de fibra óptica y a través del éter, pero en la actualidad, el protocolo es probabilística debido a insuficiencias de la detección de bella.

Aunque probabilístico teleportación y la implicación son aceptables para tareas tales como la destilación de la ofuscación y la criptografía cuántica, pero que es claramente diferente de la comunicación, en la que de entrada, la información debe ser totalmente guardado.

Si tomar esta naturaleza probabilística, canales de implementaciones se encuentran dentro del alcance de la tecnología moderna. Además de la integración de métodos de seguimiento, el principal problema son las altas pérdidas causadas por расплыванием de haz. Esto puede ser superado en la configuración, donde la confusión se distribuye desde el satélite hasta telescopios terrestres de gran apertura. Suponiendo abertura de satélite de 20 cm a 600 km de altura y 1 m de la abertura del telescopio en la tierra, se puede esperar unos 75 db de pérdida en el canal descendente de la línea de comunicación, que de menos de 80 db de pérdida en el nivel de la tierra. La aplicación de la  tierra-satélite» o  el satélite, el satélite» son más complejos.

Cuántica de la memoria

El uso Futuro de la teleportación como parte integrante de una red escalable depende directamente de su integración con el cuántica de la memoria. Esto último debe poseer excelente, desde el punto de vista de la eficiencia de la conversión, la interfaz de la  radiación-materia», la precisión de escritura y de lectura, el tiempo de almacenamiento y ancho de banda, alta velocidad y capacidad de almacenamiento. En primer lugar, permitirá utilizar repetidores para la expansión de las comunicaciones, mucho más allá de la transferencia directa de datos con el uso de códigos de corrección de errores. El desarrollo de la buena memoria cuántica permitiría no sólo distribuir el enredo de la red y телепортационную la comunicación, pero de una manera coherente y procesar información almacenada. En última instancia, esto se puede convertir la red en el mundialmente distribuida de un ordenador cuántico o la base para el futuro cuántico de internet.

Prometedoras de desarrollo

Las Plantas de los conjuntos tradicionalmente se consideraban atractivos debido a su efectiva transformación de la  la luz y la materia» y su миллисекундных del tiempo de almacenamiento, que pueden alcanzar los 100 ms, necesarios para la transmisión de la luz a nivel mundial. Sin embargo, es más prometedoras para el desarrollo de hoy se esperan a base de semiconductores de los sistemas, donde una excelente spin-ансамблевая cuántica memoria directamente se integra con la arquitectura escalable esquema de QED. Esta memoria no sólo puede prolongar el tiempo de la coherencia de la cadena de QED, sino también para proporcionar un opto-microondas interfaz para взаимопревращения opto-y de telecomunicacioneschip de los fotones de microondas.

Por lo tanto, los futuros descubrimientos científicos en el campo cuántico de internet, probablemente, se basan en el extremo de la comunicación óptica, relacionadas con la semiconductoras de nodos para que el procesamiento cuántico de la información.