Кванттық талдықорғанда балабақша ашылды: ұлы ашу-ғалымдар мен физиктер

Кванттық талдықорғанда балабақша ашылды бірі болып табылады ең маңызды хаттамалар кванттық ақпарат. Негізге ала отырып, физикалық ресурсында запутанности, ол қызмет етеді, басты элементі-әр түрлі ақпараттық міндеттерді білдіреді маңызды құрамдас бөлігі кванттық технологиялар, ойнап шешуші рөл атқарды одан әрі дамыту кванттық есептеулер, желілері және коммуникациялары.

ғылыми фантастика ашылғанға дейін ғалымдар

қазіргі уақытта екі онжылдық ашылған сәттен бастап кванттық телепортации, ол, бәлкім, бірі болып табылады ең қызықты және жан тебірентерлік салдарлары «странности» кванттық механика. Қалай жасалды бұл ұлы ашылулар, бұл идея принадлежала ғылыми фантастика. Алғаш рет ойлап тапқан құрылым емес 1931 жылы Чарльз Х. Фортом термин «талдықорғанда балабақша ашылды», содан бері белгілеу үшін пайдаланылады процесс, ол арқылы дене мен объектілері беріледі бір жерден, шын мәнінде, преодолевая олардың арасындағы қашықтық.

1993 жылы мақала сипаттай отырып, хаттаманың кванттық ақпарат алған атауы «кванттық талдықорғанда балабақша ашылды», ол бөлісті бірнеше жоғарыда аталған белгілері. Онда белгісіз жай-күйі, дене жүйесінің өлшенеді және кейіннен көрсетілгенде немесе «қайта жиналады» қашықтағы орынға (жеке элементтер жүйесінің бастапқы орнында қалады беру). Бұл процесс талап етеді классикалық және байланыс құралдарын жоққа шығарады сверхсветовую коммуникацияны. Ол үшін қажет ресурс запутанности. Шын мәнінде телепортацию ретінде қарастыруға болады хаттамасы кванттық ақпарат, ол неғұрлым анық көрсетеді сипаты запутанности: оның қатысуынсыз мұндай күйін беру мүмкін болмас еді шеңберінде заңдардың, олар сипатталады кванттық механика.

талдықорғанда балабақша ашылды белсенді рөл атқарады ғылымын дамытудағы туралы ақпарат. Бір жағынан, бұл тұжырымдамалық хаттама ойнайтын шешуші рөлі үстірт кванттық теориясы ақпарат, ал екінші жағынан ол негізгі болып табылады құрамдас көптеген. Кванттық повторитель – басты элементі коммуникация үлкен қашықтыққа. Талдықорғанда балабақша ашылды кванттық қосқыштарды есептеулер негізінде өлшеу және кванттық желісі « барлық болып табылады және оның туынды. Ол пайдаланылады ретінде де, қарапайым құралды зерттеу үшін «даму» физика қатысты уақытша қисық және булану қатыспайды.

Бүгін кванттық талдықорғанда балабақша ашылды расталған зертханаларда әлемде пайдалана отырып, көптеген әр түрлі субстраттар мен технологияларды, оның ішінде фотонных кубитов, ядролық магниттік резонанс, оптикалық сән, топ атомдар, басып алынған атомдар мен жартылай өткізгіш жүйелер. Көрнекті нәтижелерге қол жеткізілді саласындағы қашықтығы телепортации, күтілуде эксперименттер спутниктері бар. Сонымен қатар, талпыныстары басталды масштабтау дейін неғұрлым күрделі жүйелер.

талдықорғанда балабақша ашылды кубитов

Кванттық талдықорғанда балабақша ашылды алғаш рет сипатталған үшін екі деңгейлі жүйелер, деп аталатын кубитов. Хаттама қарайды екі қашықтағы тараптар деп аталатын, Алиса және Бобом, олар ортақ болып, 2 кубита, А және В жүрген таза запутанном жай-күйі, сондай-ақ, деп аталатын жұп Белла. Кіре берістегі түлкі алиса беріледі тағы бір кубит ал, кімнің күйі ρ белгісіз. Содан кейін ол орындайды бірлескен квантовое өлшеу деп аталатын табылуына Белла. Ол көшіреді ал мен Сондай бір төрт жай-Белла. Нәтижесінде жағдайы кіріс кубита Алисы өлшеу кезінде жоғалады, ал кубит Боба B бір мезгілде қызметкерлеріне Р^†_KρP_K. Соңғы кезеңде хаттаманың Алиса деп хабарлайды классикалық нәтижесі оны өлшеу Бобу, қолданады операторы Паули P_K қалпына келтіру үшін бастапқы ρ.

Бастауыш жағдайы кубита Алисы болып саналады белгісіз, өйткені олай болмаған жағдайда хаттама азайтатын, оны қашықтан өлшеу. Сонымен қатар, ол өзінен-өзі бір бөлігі болуы мүмкін астам ірі құрамдас жүйесін, бөлінген және үшінші тарапы (бұл жағдайда табысты талдықорғанда балабақша ашылды талап етеді ойнату барлық корреляцияның осы үшінші тарап).

Типтік бойынша эксперимент кванттық телепортации қабылдайды бастапқы жағдайы таза және жататын шектелген алфавит, мысалы, алты полюстеріне сала Блоха. Қатысуымен декогеренции сапасы, жай-күйін қайта жаңартылған болуы мүмкін сандық білдірілуі дәлдікпен телепортации F ∈ [0, 1]. Бұл дәлдігі арасындағы жай-күйі Алисы және Боба, орташаланған барлық нәтижелерімен анықталған Белла және бастапқы алфавит. Кезінде кіші мәндері дәлдік әдістері бар, мүмкіндік беретін өткізу несовершенную телепортацию пайдаланбай күрделі ресурс.Мысалы, Алиса мүмкін тікелей өлшеуге өзінің бастапқы жағдайы, посылая нәтижелері Бобу дайындау үшін результирующего жай-күйі. Осындай стратегиясын өлшеу-дайындау деп атайды, «классикалық телепортацией». Ол барынша дәлдікке F_Class = 2/3 үшін еркінше кіріс жағдайын, баламалы алфавит өзара несмещенных жағдайлар сияқты алты полюстерін сала Блоха.

осылайша, айқын белгісі пайдалану кванттық ресурстар болып табылады мәні дәлдік F> F_Class.

кубитом бірыңғай

Ретінде бекітеді, кванттық физика, талдықорғанда балабақша ашылды шектелмейді кубитами, ол қамтуы мүмкін көпөлшемді жүйесі. Әрбір түпкі өлшеу d тұжырымдауға болады тамаша схемасын телепортации пайдаланып, базис барынша запутанных векторлардың жай-күйіне алынуы мүмкін бірі берілген барынша күрделі және жай-күйін базис {U_K} біртұтас операторлар қанағаттандыратын, tr(U^†_J U_K) = dδ_J,k. Мұндай хаттама құруға болады кез келген конечноразмерного гильбертового кеңістік т. ғ. к. дискретті-ауыспалы жүйелер.

Сонымен қатар, кванттық талдықорғанда балабақша ашылды қолданылуы мүмкін жүйесінің бесконечномерным гильбертовым кеңістігі, атаулы үздіксіз айнымалы жүйелері. Әдетте, олар іске асырылуда, оптикалық бозонными модами, электр өрісі болатын сипаттау квадратурными операторлары.

Жылдамдығы және гейзенбергтің анықталмағандық

Қандай жылдамдық кезінде кванттық телепортации? Ақпарат беріледі жылдамдығы ұқсас, беру жылдамдығы сол санын классикалық « мүмкін жарық жылдамдығымен. Теориялық жағынан ол пайдаланылуы мүмкін осылайша классикалық емес – мысалы, кванттық, деректер қол жетімді, тек алушыға береді.

бұза ма кванттық талдықорғанда балабақша ашылды принципі белгісіздік? Өткен идеясы телепортации емес, өте шындап қабылданған ғалымдармен, себебі деп санайды, ол қағидасын бұзады, тыйым салатын кез келген өлшеу немесе сканирующему процесіне мәтіннен толық ақпаратты, атом немесе басқа нысан. Принципіне сәйкес белгісіздік қарағанда, дәлірек айтқанда, объект сканерден өткізіліп, соғұрлым оған әсер процесі сканерлеу, әзірге қол жеткізіледі нүкте, қашан бастапқы объектінің жағдайы бұзылады дәрежеде, бұл артық болмайды алуға жеткілікті ақпарат көлемін жасау үшін дәл көшірмесі. Естіледі айқын: егер адам үйренген мүмкін емес мәліметтер объектісін құру үшін мінсіз көшірмелері, соңғы жасалуы мүмкін.

Кванттық талдықорғанда балабақша ашылды шайнектің үшін

Бірақ алты ғалымдар (Чарльз Беннет, Жиль Брассар, Клод Крепо, Ричард Джоса, Ашер Перес және Уильям Вутерс) әдісін ойлап тапты айналып бұл логиканы пайдалана отырып, атақты және парадоксальную ерекшелігі кванттық механиканың ретінде белгілі әсері Эйнштейн-Подольского-Розена. Олар әдісін ойлап тапты сканерден өткізіп, ақпараттың бір бөлігі телепортируемого объектінің, ал қалған непроверенную бөлігі арқылы аталған әсер беруге обьектісіне, байланыста Ал ешқашан пребывавшему.

одан әрі қолдану арқылы C әсеріне байланысты желтоқсандағы отсканированной ақпарат енгізуге болады. жай-күйі, Сондай-ақ сканерлеу. Өзі Ал, оның жай-күйі, өйткені толығымен өзгертілген процесін сканерлеу, сондықтан қол жеткізген болып табылады телепортацией емес, репликацией.

үшін Күрес қашықтығы

• Бірінші кванттық талдықорғанда балабақша ашылды жүргізілді 1997 жылы бір мезгілде дерлік Университетінің Инсбрука және Университеттің Рим. Кезінде эксперименттің бастапқы фотон болатын поляризацией, және бір жұп запутанных фотондар өзгерістерге ұшырады, осылайша екінші фотон алды поляризацию бастапқы. Бұл ретте екі фотон болған бір-бірінен қашықтықта.
• 2012 жылы кезекті кванттық талдықорғанда балабақша ашылды (Қытай ғылым және технология Университеті) арқылы высокогорное көлі қашықтыққа 97 км Командасына ғалымдарының Шанхай бастаған Хуан Иинем алдық әзірлеу наводящий механизмі, мүмкіндік беретін дәл бағыттау жағдайлары байламы.
• сол жылдың қыркүйек Айында өткізілді рекордтық кванттық талдықорғанда балабақша ашылды 143 км Австриялық ғалымдар ғылым Академиясының Австрияның Вена Университетінің басшылығымен Антон Цайлингера сәтті тапсырды кванттық күй арасындағы екі Канарскими аралдарымен Ла Палма және Тенерифе. Экспериментке пайдаланылған екі оптикалық байланыс желісі ашық кеңістікте, квантумная және классикалық, жиіліктік некоррелированная поляризационно шиеленісті бу фотондар-көздерін, сверхнизкошумные однофотонные детекторлар және сцепленная тактілік синхрондау.
• 2015 ж. зерттеушілер американдық Ұлттық институты стандарттар және технологиялар алғаш рет өндірді ақпарат беруге арналғанқашықтық 100-ден астам км оптоволокну. Бұл арқасында мүмкін болды құрылған институтында однофотонным детекторам пайдаланатын сверхпроводящие нанопровода бірі силицида молибден.

әрине, мінсіз кванттық жүйе немесе технология әзірге жоқ және ұлы ашылулар болашақ әлі алда. Дегенмен де болады анықтау тырысуға ықтимал кандидаттардың нақты салаларында қолдану телепортации. Лайықты оларды будандастыру кезінде үйлесімді базасын және әдістерін қамтамасыз ете алады ең перспективалы болашағы үшін кванттық телепортации және оның қолдануы.

Қысқа аралыққа

талдықорғанда балабақша ашылды қысқа қашықтыққа (1 м дейін) шағын жүйесі ретінде кванттық есептеулер өзекті жартылай өткізгіш құрылғыларда, ең үздік бірі болып табылады схемасы QED. Атап айтқанда, сверхпроводящие трансмоновые кубиты кепіл бола алады детерминированную және высокоточную телепортацию чипіне. Олар сондай-ақ мүмкіндік береді тікелей беруді нақты уақыт режимінде көрінеді проблематичной арналған фотонных чипах. Оның үстіне олар көп масштабируемую сәулет және үздік интеграцияны қазіргі технологиялар салыстырғанда алдыңғы тәсілдерге сияқты басып алынған иондары. Қазіргі уақытта жалғыз кемшілігі осы жүйелердің, сірә, болып табылады, олардың шектелген уақыт когерентности (<100 мкс). Бұл проблема шешілуі мүмкін көмегімен интегралдау схемасын QED с полупроводниковыми спин-ансамблевыми есте сақтау ұяшығы бар (азот-замещенными вакансиями немесе легированными редкоземельными элементтері кристалдарынан тұрады) қамтамасыз етуі мүмкін ұзақ уақыт когерентности үшін кванттық деректерді сақтау. Қазіргі уақытта осы іске асыру нысаны болып табылады қосымшалар үлкен күш ғылыми қоғамдастықтың.

Қалалық байланыс

Телепортационная байланыс масштабында (бірнеше километр) еді әзірленуі пайдалана отырып, оптикалық мод. Кезде айтарлықтай төмен шығындар бұл жүйелер қамтамасыз етеді жоғары жылдамдығы мен ені жолақтар. Олар кеңейтілуі мүмкін от үсті іске асыру жүйелеріне дейін орта қашықтық, қолданыстағы арқылы эфирге немесе талшық, ықтимал интеграциялай отырып ансамблевой кванттық жады бар. Астам алыс, бірақ одан да төмен жылдамдықпен қол жеткізуге болады көмегімен гибридтік көзқарас немесе әзірлеу арқылы жақсы ретрансляторлар негізделген негауссовских процестер.

алыспен байланыс

Қалааралық кванттық талдықорғанда балабақша ашылды (100 км) белсенді болып табылады облысымен, бірақ әлі де зардап шегеді ашық. Кубиты поляризация « үздік тасымалдаушылар үшін низкоскоростной телепортации бойынша ұзын оптоволоконным байланыс желілері арқылы және эфир, бірақ қазіргі уақытта хаттама болып табылады вероятностным толық емес анықталған Белла.

Дегенмен вероятностная талдықорғанда балабақша ашылды және запутанности үшін қолайлы секілді міндеттерді дистилляция запутывания және кванттық криптография, бірақ бұл анық ерекшеленеді коммуникациялар, кіру ақпарат болуы тиіс толық сақталады.

Егер бұл ықтималдық сипаты, онда спутниктік іске асыру шегінде тұр ететін қазіргі заманғы технологиялар. Сонымен интеграция әдістерін қадағалау, негізгі проблемаға айналып отыр жоғары шығындар, туындаған расплыванием буданы. Бұл еңсеруге мүмкін конфигурациясы, запутанность жолағы жылғы спутнигін дейін жер үсті прогресс үлкен апертурой. Ұсына апертуру жер серігінің 20 см-600-км, биіктігі 1-м диафрагмаға телескоп жерінде күтуге болады шамамен 75 дБ шығындарын арнада нисходящей линии связи, кем 80 дБ шығындардың деңгейінде жер. Іске асыру «жер-спутник» немесе «спутник-спутник» болып табылады неғұрлым күрделі.

Кванттық память

Болашаққа пайдалануға телепортации құрамдас бөлігі ретінде масштабируемой желі тікелей байланысты интеграция кванттық жады бар. Соңғы болуы тиіс тамаша, тиімділігі тұрғысынан конверсия, интерфейсімен «сәулелену-материя», дәл жазу және оқу, уақыт сақтау және өткізу қабілетімен, жоғары жылдамдығымен және сыйымдылығы еске сақтау құрылғылары. Бұл бірінші кезекте пайдалануға мүмкіндік береді дегеніміз кеңейту үшін коммуникация алыс шеңберінен тікелей тарату кодтарын пайдалана отырып, түзету қателер. Дамыту, жақсы кванттық еске алуға мүмкіндік берер еді ғана емес, бөлуге запутывание желі бойынша телепортационную коммуникацияны, бірақ связно өңдеуге хранимую ақпарат. Сайып келгенде, бұл қосу мүмкін желісі бүкіл әлемге бөлінген кванттық компьютер немесе негізін болашағы үшін кванттық керек.

Перспективалы әзірлемелер

Атом ансамбльдер дәстүрлі болып саналған тартымды олардың тиімді түрлендіру «жарық-материя» және олардың миллисекундных сақтау мерзімдерін, олар жетуі мүмкін 100 мс беру үшін қажетті жарық жаһандық ауқымдағы. Дегенмен неғұрлым перспективалы әзірлемелер бүгін жаңбыр негізінде жартылай өткізгіш жүйелерін, тамаша спин-ансамблевая кванттық жады тікелей ықпалдасады с масштабируемой сәулетімен схемасын QED. Бұл естелік емес, тек қана ұзарта алады уақыт когерентности тізбегі QED, бірақ және қамтамасыз ету оптикалық-микротолқынды интерфейс взаимопревращения оптикалық-телекоммуникациялық жәнечиповых толқынды фотондар.

осылайша, болашақ ашу саласындағы ғалымдардың кванттық интернет, ең алдымен, негізделген алыс оптикалық байланыс сопряженной с полупроводниковыми түйіндері өңдеуге арналған кванттық ақпарат.