Quantephysik teleportation: déi grouss Entdeckungen vu Physiker

Quantephysik teleportation ass eent vun de wichtegsten Adhésiounsprotokollen zu Quantephysik Informatiounen. Baséiert op der kierperlech Ressourcen vun Duercherneen, ass et den Haaptgrond Element vun de verschiddenen Informatiounen Aufgaben a stellt e wichtege Bestanddeel vun Quantephysik Technologien eng Schlësselroll an der Weiderentwécklung vun Quantephysik Rechenzäit, Netzwierker an Kommunikatiounen gespillt.

Aus Science Fiction ze wëssenschaftleche Entdeckungen

Et huet zanter der Entdeckung vun Quantephysik teleportation iwwer zwee Joerzéngten ginn, wat wahrscheinlech ee vun de stäerkste interessant a spannend Konsequenze vun "strangeness" ass vun Quantemechanik. Virun dës super Entdeckungen gemaach huet, goung dëser Iddi fir d'Räich vun Science Fiction. Éischt an 1931 vum Charles H. Fort Begrëff "teleportation" erfonnt huet benotzt zënter gouf de Prozess ze beschreiwen duerch déi de Kierper an de Objeten aus eent Plaz zu engem aneren iwwerdroe ginn, ass et net wierklech d'Distanz tëscht hinnen iwwerwannen.

An 1993 publizéiert hien en Artikel iwwer de Protokoll vun Quantephysik Informatiounen, "Quantephysik teleportation" genannt, deen uewen opgezielt puer vun de Symptomer gedeelt. Dat onbekannt Zoustand vun enger kierperlecher System gemooss gëtt an dono kopéiert, oder "du-lass" am Erfindungen Site (déi kierperlech Elementer vun der Original System bleiwen am Plaz Transfert). Dëse Prozess verlaangt der klassescher Kommunikatiounsmëttel an Achtelsfinal superluminal Kommunikatioun. Et brauch e Liewen vun Duercherneen. An Tatsaach, teleportation kann als Protokoll vun Quantephysik Informatiounen gekuckten ginn, datt déi kloer der Natur vun der Duercherneen weist: ouni d'Präsenz vun engem Zoustand vun der Transfert net méiglech wier am Kader vun de Gesetzer, déi d'Quantemechanik beschreiwen.

Teleportation huet eng aktiv Roll an der Entwécklung vun der Wëssenschaft vun Informatiounen hunn. Op der engersäits, ass dat engem konzeptuellen Protokoll, deen eng wichteg Roll an der Entwécklung vun engem formelle Quantephysik spillt Informatiounen Theorie, an op déi aner ass et eng fundamental Komponent vun de ville Technologien. Der Quantephysik wéieng - e Schlësselelement vun laang-Distanz Kommunikatioun. Teleportation Quantephysik wiesselt, Berechnung baséiert op Miessunge an Quantephysik Reseau - sinn all dësem Projet begleeden. Et ass als einfach Outil fir d'Etude vun "extrem" vun der Physik, op temporär Kéieren an Ausnam benotzt vun schwaarz Lächer.

Haut Quantephysik an Laboratoiren bestätegt teleportation ganzer Welt eng Rei vun Législateur an Technologien benotzt, dorënner photonic qubits, nuklear Magnéitfeld Resonanz, opteschen MODES, Gruppen vun Atomer, déi setzt Atomer an semiconductor Systemer. Mëttelméisseg Resultater goufen am teleportation Rei nächste Experimenter mat Satelliten erreecht. Desweideren, goufen Versich gemaach fir méi komplex Systemer ze Skala huet.

teleportation vun qubits

Quantephysik teleportation war éischt fir déi zwee-Niveau Systemer beschriwwen, de sougenannte qubits. Protokoll zwee Erfindungen Parteien, genannt Alice a Bob que, deen qubit deelen 2, A a B sinn an reng eranzéie gelooss Staat, och Bell hien huet misse genannt. An der Entrée ze Alice aner qubit entscheet an deem Zoustand ρ ass onbekannt. Et stécht dann e gemeinsame Quantephysik Moosse, genannt der Entdeckung vun Bell. Et dréit engem an engem an ee vun de véier Bell Staaten. Als Resultat, wann den Input Staat vun der qubit Alice gemooss verschwënnt a Bob B qubit gläichzäiteg op P rengt ^† _K ρP _k. An de leschten Schrëtt Protokoll Alice iwwerdréit enger klassescher Resultat vun hirer Miessung Bob, deen Pauli P _K Bedreiwer gëllt d'Original ρ ze restauréieren.

Der éischter Zoustand vun engem qubit Alice ass anonym considéréiert, well soss de Protokoll un hiren Erfindungen Moosse reduzéiert ass. Zousätzlech, et vläicht selwer en Deel vun engem méi groussen Komposit System, gedeelt mat enger drëtter Partei ginn (an dësem Fall Erfolleg teleportation verlaangt all playback kennenzeléieren mat dëser drëtter Partei).

Eng typesch Experimenter vun Quantephysik teleportation hëlt reng original Staat a gehéiert zu engem limitéiert Alphabet, zum Beispill, sechs Pole vum Bloch Sphär. An der Presenz vun decoherence Qualitéit vun der opgebaut Staat kann quantitativ korrekt teleportation F ∈ ausgedréckt ginn [0, 1]. Dëst Richtegkeet tëscht Staaten vun Alice a Bob, averaged iwwer all d'Detectioun Resultater vun der Bell an der Original Alphabet. Fir kleng Wäerter vun der Richtegkeet vun Methoden existéieren, Délaie fir Famill bruëcht teleportation ouni raffinéiert Ressource. Zum Beispill, Alice kann agëtt Bob fir d'Virbereedung vun der entstoent Staat Originalgréisst Staat direkt moossen. Dës Mesure-Formatioun Strategie Éieren als "klassesch teleportation." Et huet eng maximal Richtegkeet vun F _Klass = 2/3 fir all Input Staat, der zoustänneger Alphabetesch Géigesäitegkeet unbiased Konditiounen wéi déi Bloch Sphär sechs Pole.

Sou, ass eng kloer Indikatioun vun der Benotzung vun Quantephysik Ressourcen eng Präzisioun Wäert F> _{Klass F.}

Net eng eenzeg qubit

No Quantephysik Physik, teleportation vun qubits net limitéiert ass, kann et engem Multi-zweedimensional System gehéiert. Fir all Haapt Moossnam d kann ideal Schema teleportation benotzt Basis maximally eranzéie gelooss Staat vectors formuléiert ginn, déi aus enger bestëmmter maximally eranzéie gelooss Staat an eng Basis {U _K} Zentralstaat Opérateuren zefriddestellend ^{_{TR (U † j U k)}} kritt kann = dδ j, k . Esou kann e Protokoll fir all Haapt-Hilbert Raum r gebaut ginn. N. diskret Variabel Systemer.

Ausserdeem, kann Quantephysik teleportation zu Systemer mat onendlech Hilbert Raum gëllen, genannt kontinuéierlech-Variabel Systemer. Als Regel, sinn se duerch optesch boson MODES, d'elektrescht Feld realiséiert déi quadrature Opérateuren beschriwwe ginn.

Speed an Onsécherheet Prinzip

Wat ass d'Vitesse vun Quantephysik teleportation? Informatiounen ass bei enger Vitesse ähnlech zu der Vitesse vun Transmissioun vun der selwechter Zuel vun klassesch iwwerdroen - eventuell mat der Vitesse vun Liichtjoer. Réimech kann, et also benotzt ginn, wéi klassesch kann net - zum Beispill, am Quantephysik Rechenzäit, wou d'Daten nëmme fir déi dru sinn ginn.

Heescht Quantephysik teleportation géint d'Onsécherheet Prinzip? An der Vergaangenheet, ass d'Iddi vun teleportation net wierklech eescht vun Geléiert geholl, well et gegleeft huet, datt et de Prinzip vun géint all Moossen oder Scannen Prozess gesidd all Informatiounen Atom oder aneren Objet ze Extrait. Am Aklang mat de Prinzip vun Onsécherheet, déi méi genee den Objet gescannt ass, ass de méi et duerch d'Scannen Prozess beaflosst bis e Punkt erreecht ass, wou d'original Staat vun der Objet un esou eng Mooss gestéiert dass méi kann net genuch Informatiounen kritt een e Nobau ze schafen. Et Kläng iwwerzeegend: wann eng Persoun net Informatiounen aus dem Objet ze schafen perfekt Exemplare Extrait kann, kann dësen net gemaach ginn.

Quantephysik Teleportation fir Dummies

Mä de sechs Wëssenschaftler (Charles Bennett, Zhil Brassar, Claude Crépeau, Richard Dzhosa, Asher Peres a Uilyam Vuters) fonnt e Wee ronderëm dëser Logik, enger gefeiert an Foussvollek Fonktioun vun Quantemechanik benotzt bekannt als Einstein-Podolsky-Rosen. Si hunn eng Aart a Weis déi Informatiounen teleported Objet A ze scannen, an déi reschtlech untested Deel via den Effet vun Transfermaart aneren Objeten am Kontakt mat enger ni Dags.

Dono, duerch ze C aussetzt onselbstänneg gescannt Informatiounen Kandidatur kënnt an de Staat E koum ginn ze scannen. An sech ass net an der selwechter Zoustand wéi d'Scannen Prozess réckgängeg, ass also erreecht teleportation, net Gedächtnis.

De Kampf fir d'Gamme

• Déi éischt Quantephysik teleportation stattfonnt 1997, bal gläichzäiteg vun Wëssenschaftler vun der Universitéit vun Innsbruck an der Universitéit vu Roum. Während der Experimenter no engem photon Quell eng Polariséierung, an een vun engem hien huet misse vum eranzéie gelooss photons geännert ginn, sou datt déi zweet original Polariséierung photon dobäi geduecht. Sou sinn souwuel photons aus all aner virleet.
• 2012, déi regelméisseg Quantephysik teleportation (China Universitéit Science a Technology) duerch d'Haapt Séi op enger Distanz vun 97 km. Eng Equipe vu Wëssenschaftler vun Shanghai gefouert vum Juan Iinem krut e suggestiv Mechanismus ze entwéckelen, datt präzis cibléiert hëlze erlaabt.
• Am September, e Rekord Quantephysik teleportation op 143 km war de selwechte Joer duerchgefouert. Éisträichesch Wëssenschaftler vun der Academy of Sciences vun Éisträich an der Universitéit vu Wien ënnert der Direktioun vum Antona Tsaylingera huet erfollegräich Quantephysik Staaten tëscht déi zwee Kanareninsel vun La Palma an Tenerife iwwerdroen. D'Experimenter benotzt zwou optesch Kommunikatioun Linnen an oppen, kvantumnaya a klassesch, Frequenz uncorrelated Polariséierung tangled hien huet misse vum photons Quellen, sverhnizkoshumnye Single-photon detectors a freet Auer Synchroniséierung.
• An 2015, Fuerscher aus dem US National Institut vun Usproch an Technology fir d'éischte Kéier huet den Transfert vun Informatiounen iwwer eng Distanz vu méi wéi 100 km vun optesch Glasfaserkabelen. Dëst war méiglech dank der Institut hunn photon heescht benotzt superconducting nanowires vun Molybdän silicide feieren.

Et ass kloer, dass d'Ideal vun enger Quantephysik System oder Technologie et nach net gëtt an déi grouss Entdeckungen vun der Zukunft ass nach ze kommen. Trotzdem, kënne mir probéieren méiglech Kandidaten fir spezifesch Applikatiounen vun teleportation z'identifizéieren. Gëeegent hybridization hinnen gëtt konsequent Basis a Methoden déi vläicht déi villverspriechend Zukunft fir Quantephysik teleportation an hir Programmer.

kuerz Distanzen

Teleportation enger kuerzer Distanz (1 m) als Quantephysik Berechnung subsystem villverspriechend semiconductor Apparater, déi bescht vun deenen engem Diagramm vun QED ass. Besonnesch, superconducting qubits kann transmonovye garantéieren deterministic an héich korrekt teleportation Chip. Si erlaben och en direkten Flux vun real-Zäit, déi op photonic Course Problemstoffer schéngt. Zousätzlech, déi se eng méi scalable Architektur, a besser Integratioun vun bestehend Technologien als Verglach mat virdrun Approche, wéi setzt Protonen. Moment, ass déi eenzeg Risque vun dëse Systemer scheinbar hir limitéiert Kohärenz Zäit (<100 MS). Dëse Problem kann duerch benotzt QED Integratioun geléist ginn mat semiconductor Kreesleef Ensembel Erënnerung Zellen (Stéckstoff-Aen mat Wunnraum oder Kristallsglas produzéiert eng Zort mat rare Äerd Elementer) spin, deen eng laang Kohärenz Zäit fir d'Quantephysik vun Daten Stockage bidden kann. Moment, ass dës Ëmsetzung eng Matière fir grouss Efforten vum wëssenschaftlech Communautéit.

City Link

Eis teleport zu der Stad Skala (e puer Kilometer) entwéckelt ginn kéint den opteschen MODES benotzt. Um genuch niddereg Verloscht, déi dëse Systemer héich Vitesse an bandwidth. Si kënnt aus Desktop Affinitéite bis mëttelfristeg-Gamme Systemer verlängert ginn Betribssystemer iwwer der Loft oder optesch Léngen, mat méiglech Integratioun mat engem Ensembel vun Quantephysik Erënnerung. Iwwer laang Distanzen, mä mat manner Vitesse kann vun engem Hybrid Approche erreecht sinn oder déi vun Entwécklungslänner gutt repeaters baséiert op Net-Gaussian Prozesser.

Telecommunicationsservicer

Long-Distanz Quantephysik teleportation (iwwer 100 km) ass eng aktiv Beräich, mee leiden nach aus oppene Problem. Polariséierung qubits - déi bescht wwerreeche fir Héich-Vitesse teleport iwwer laang Léngen OPTIC Linnen vun der Kommunikatioun an duerch d'Loft, mä am Moment de Protokoll ass eng probabilistic wéinst onkomplett erkennen Bella.

Obwuel probabilistic teleportation an entanglement sinn fir Programmer wéi distillation vun entanglement gëeegent a Quantephysik cryptography, mä et ass kloer anescht aus der Kommunikatioun an deem de Input Informatiounen muss voll agekacht ginn.

Wa mir dës probabilistic Natur akzeptéieren, sinn d'Ëmsetzung vun der Satellit am erreeche vun modern Technologien. Zousätzlech zu der Integratioun vun Tracking Methoden, sinn der Haaptproblem der héich vun der Verbreedung vun der hëlze ëmmer Verloschter. Dëst kann zu enger Configuratioun iwwerwonne ginn wou entanglement vum Satellit zu der Ontarioséi Teleskop mat enger grousser Ëffnung verdeelt ass. Unzehuelen Satellit Ëffnung vun 20 cm bei 600 km Héicht an 1 m Brennwäit Teleskop um Buedem, kann een ongeféier 75 DB vum Verloscht vun engem downlink Kanal erwaarden, dass manner wéi 80 DB Verloscht um Buedem Niveau ass. Ëmsetzung vun der "Äerd Satellit" oder "Begleeder Satellit" si méi komplex.

Quantephysik Erënnerung

Zukunft Gebrauch vun teleportation als Deel vun engem scalable Reseau ass direkt mat hirer Integratioun mat Quantephysik Erënnerung. D'nähmlech am Conditioune vun Effizienz Konversioun Interface "Stralung-Matière", eng Genauegkeet vun Enregistrements- an liesen, Zäit an Stockage Muecht, héich Vitesse an Stockage Muecht schéint hunn. Éischt vun all et erlaabt Iech repeaters ze benotzen fir Kommunikatioun wäit doriwwer eraus déi direkt Transfermaart Tempo der Feeler Korrektur Coden benotzt. Der Entwécklung vun enger gutt Quantephysik Erënnerung géif erlaben net nëmmen entanglement an teleportation Reseau Kommunikatioun ze verdeelen, mä och un Prozess gespäichert Informatiounen ugeschloss. Schlussendlech an engem Reseau vun international verdeelt Tour, dëst hätt Quantephysik Computer oder eng Basis fir Zukunft Quantephysik Internet.

villverspriechend Entwécklungen

Nuklear Ensemblen traditionell attraktiv als wéinst hirem efficace Ëmbau vun der "Liicht-Matière" an hir Millisekonnepulsar Perioden vun Stockage, déi bis zu 100 MS kann waren Liicht ze weiderginn weltwäit. Allerdéngs sinn méi fortgeschratt Entwécklungen elo op der Basis vun semiconductor Systemer erwaart, wou excellent spin Ensembel Quantephysik Erënnerung direkt mat der scalable Architektur vun Circuit QED integréiert. Dëst Erënnerung kënnen net nëmmen d'Kohärenz Zäit Circuit QED, verlängeren, awer och optesch-Schleck erëm Interface fir de interconversion vun opteschen Telecommunicationsservicer an Chip Schleck erëm photons ze bidden.

Also, sinn Zukunft Entdeckungen vun Wëssenschaftler am Beräich vun Quantephysik Internet wahrscheinlech op laang-Distanz opteschen Kommunikatioun, conjugated semiconducting Unitéiten fir Quantephysik Informatiounen Veraarbechtung baséiert gin.