Quantum teleportation yog ib qho ntawm cov txheej txheem tseem ceeb tshaj plaws hauv quantum cov ntaub ntawv. Raws li lub cev muaj peev xwm ntawm entanglement, nws ua lub luag haujlwm tseem ceeb ntawm ntau yam ntaub ntawv ua haujlwm thiab yog ib feem tseem ceeb ntawm quantum technologies, ua lub luag haujlwm tseem ceeb hauv kev txhim kho ntxiv ntawm quantum xam, tes hauj lwm thiab kev sib txuas lus.
Los ntawm cov ntawv tseeb txog kev tshawb fawb txog kev tshawb pom ntawm cov kws tshawb fawb
Nws tau ntau tshaj li ob xyoo lawm txij li qhov kev tshawb pom ntawm quantum teleportation, uas tej zaum yog ib qho ntawm cov txiaj ntsig zoo tshaj plaws ntawm "kev txawv txav" ntawm quantum mechanics. Ua ntej cov kev tshawb pom zoo no tau tsim, lub tswv yim no tau koom nrog thaj tsam ntawm kev tshawb fawb tsis tseeb. Thawj coined nyob rau hauv 1931 los ntawm Charles H. Fort, lo lus "teleportation" txij li thaum tau raug siv los hais txog cov txheej txheem uas lub cev thiab cov khoom raug pauv los ntawm ib qho chaw mus rau lwm qhov yam tsis tau mus deb ntawm lawv.
Hauv xyoo 1993, ib tsab xov xwm tau luam tawm piav qhia txog quantum cov ntaub ntawv raws tu qauv, hu ua"quantum teleportation", uas tau qhia ntau yam ntawm cov yam ntxwv saum toj no. Nyob rau hauv nws, qhov tsis paub lub xeev ntawm lub cev lub cev yog ntsuas thiab tom qab tsim dua tshiab lossis "rov ua dua" ntawm qhov chaw nyob deb (cov ntsiab lus ntawm lub cev tseem ceeb nyob ntawm qhov chaw sib kis). Cov txheej txheem no yuav tsum muaj kev sib txuas lus classical thiab tsis suav nrog FTL kev sib txuas lus. Nws xav tau ib qho kev pab cuam ntawm entanglement. Qhov tseeb, teleportation tuaj yeem pom tau tias yog quantum cov ntaub ntawv raws tu qauv uas qhia meej meej qhov xwm ntawm entanglement: tsis muaj nws lub xub ntiag, xws li lub xeev ntawm kev sib kis yuav tsis muaj peev xwm nyob rau hauv lub moj khaum ntawm cov cai uas piav txog quantum mechanics.
Teleportation ua lub luag haujlwm tseem ceeb hauv kev txhim kho cov ntaub ntawv tshawb fawb. Ntawm qhov tod tes, nws yog lub tswv yim raws tu qauv uas ua lub luag haujlwm txiav txim siab hauv kev tsim cov ntaub ntawv xov xwm quantum, thiab ntawm qhov tod tes, nws yog ib qho tseem ceeb ntawm ntau cov thev naus laus zis. Lub quantum repeater yog lub hauv paus tseem ceeb ntawm kev sib txuas lus ntev mus ntev. Quantum hloov teleportation, dimension-raws li xam, thiab quantum networks yog tag nrho cov derivatives ntawm nws. Nws kuj yog siv los ua ib qho cuab yeej yooj yim rau kev kawm "hnyav" physics hais txog lub sijhawm nkhaus thiab lub qhov dub evaporation.
Hnub no, quantum teleportation tau lees paub hauv cov chaw sim thoob ntiaj teb siv ntau yam sib txawv thiab cov thev naus laus zis, suav nrog photonic qubits, nuclear magnetic resonance, optical hom, pawg ntawm atoms, ntxiab atoms, thiabsemiconductor systems. Cov txiaj ntsig tau zoo tau ua tiav hauv thaj chaw ntawm kev xa xov hluav taws xob ntau, kev sim nrog satellites tuaj. Tsis tas li ntawd, kev sim tau pib nce mus rau ntau lub tshuab.
Teleportation of qubits
Quantum teleportation tau piav qhia thawj zaug rau ob-theem systems, lub npe qubits. Cov txheej txheem txiav txim siab txog ob tog nyob deb, hu ua Alice thiab Bob, uas sib koom 2 qubits, A thiab B, nyob rau hauv lub xeev ntshiab entangled, kuj hu ua Tswb khub. Ntawm cov tswv yim, Alice muab lwm qubit ib, uas nws lub xeev ρ tsis paub. Nws mam li ua qhov kev ntsuas quantum sib koom hu ua Tswb nrhiav. Nws yuav siv sij hawm ib tug thiab A mus rau ib qho ntawm plaub lub xeev Tswb. Raws li qhov tshwm sim, lub xeev ntawm Alice lub tswv yim qubit ploj mus thaum lub sij hawm ntsuas, thiab Bob's B qubit yog ib txhij npaj mus rau Р†kρP k. Nyob rau theem kawg ntawm cov txheej txheem, Alice xa cov txiaj ntsig classical ntawm nws qhov ntsuas rau Bob, uas siv Pauli tus neeg teb xov tooj P k los kho qhov qub ρ.
Thawj lub xeev ntawm Alice's qubit suav hais tias tsis paub, vim tias txwv tsis pub cov txheej txheem raug txo rau nws qhov ntsuas qhov deb. Xwb, nws yuav nws tus kheej yog ib feem ntawm kev sib koom ua ke loj dua nrog rau lwm tus neeg sab nrauv (nyob rau hauv rooj plaub no, kev xa xov zoo yuav tsum rov tsim dua txhua qhov kev sib raug zoo nrog tus thib peb).
Ib qho kev sim quantum teleportation sim xav tias thawj lub xeev yog dawb huv thiab koom nrog cov tsiaj ntawv tsawg,Piv txwv li, rau tus ncej ntawm Bloch sphere. Nyob rau hauv lub xub ntiag ntawm decoherence, qhov zoo ntawm lub reconstructed lub xeev yuav quantified los ntawm teleportation raug F ∈ [0, 1]. Qhov no yog qhov tseeb ntawm lub xeev ntawm Alice thiab Bob, qhov nruab nrab ntawm tag nrho cov txiaj ntsig ntawm Tswb nrhiav pom thiab cov tsiaj ntawv qub. Ntawm qhov muaj txiaj ntsig tsawg, muaj cov txheej txheem uas tso cai rau kev xa xov tsis zoo yam tsis siv cov peev txheej obfuscated. Piv txwv li, Alice tuaj yeem ntsuas ncaj qha rau nws lub xeev thawj zaug los ntawm kev xa cov txiaj ntsig mus rau Bob los npaj lub xeev tshwm sim. Qhov kev ntsuas-npaj tswv yim no yog hu ua "classical teleportation". Nws muaj qhov siab tshaj plaws ntawm Fclass=2/3 rau qhov kev nkag siab ntawm lub xeev, uas yog sib npaug rau cov tsiaj ntawv ntawm cov xeev tsis sib haum xeeb, xws li rau tus ncej ntawm Bloch sphere.
Yog li, qhov qhia meej meej ntawm kev siv cov peev txheej quantum yog tus nqi raug F> Fclass.
Tsis yog qubit
Raws li quantum physics, teleportation tsis txwv rau qubits, nws tuaj yeem suav nrog ntau lub tshuab. Rau txhua qhov finite dimension d, ib tus tuaj yeem tsim qhov zoo tshaj plaws teleportation scheme siv lub hauv paus ntawm maximally entangled state vectors, uas tuaj yeem tau txais los ntawm lub xeev uas tau muab ntau tshaj plaws thiab lub hauv paus {U k } ntawm unitary operators satisfying tr(U †j Uk)=dδj, k . Cov txheej txheem zoo li no tuaj yeem tsim kho rau txhua qhov kawg-dimensional Hilbertqhov chaw ntawm lub npe. discrete variable systems.
Dhau li ntawm, quantum teleportation tuaj yeem txuas ntxiv mus rau cov tshuab nrog qhov chaw tsis kawg-dimensional Hilbert, hu ua cov tshuab txuas ntxiv. Raws li txoj cai, lawv tau paub los ntawm optical bosonic hom, lub teb hluav taws xob uas tuaj yeem piav qhia los ntawm cov neeg ua haujlwm quadrature.
Kev nrawm thiab tsis paub tseeb
Dab tsi yog qhov ceev ntawm quantum teleportation? Cov ntaub ntawv raug xa mus ntawm qhov nrawm zoo ib yam li ntawm tib qhov kev sib kis ntawm classical - tej zaum ntawm qhov ceev ntawm lub teeb. Txoj kev xav, nws tuaj yeem siv rau hauv txoj hauv kev uas classical tsis tuaj yeem - piv txwv li, hauv quantum xam, qhov twg cov ntaub ntawv tsuas yog muaj rau tus neeg txais.
Puas quantum teleportation ua txhaum txoj cai tsis paub tseeb? Yav dhau los, lub tswv yim ntawm teleportation tsis tau ua tib zoo xav los ntawm cov kws tshawb fawb vim tias nws tau xav tias yuav ua txhaum txoj cai hais tias txhua qhov kev ntsuas lossis kev soj ntsuam yuav tsis rho tawm tag nrho cov ntaub ntawv ntawm atom lossis lwm yam khoom. Raws li lub hauv paus ntsiab lus tsis paub tseeb, qhov tseeb dua ib qho khoom raug tshuaj xyuas, qhov ntau nws cuam tshuam los ntawm cov txheej txheem scanning, kom txog rau thaum lub ntsiab lus mus txog qhov qub lub xeev ntawm cov khoom raug ua txhaum cai rau qhov uas nws tsis tuaj yeem tau txais. cov ntaub ntawv txaus los tsim ib daim ntawv luam. Qhov no ua rau muaj kev ntseeg siab: yog tias ib tus neeg tsis tuaj yeem rho tawm cov ntaub ntawv los ntawm ib qho khoom los tsim ib daim qauv zoo meej, ces qhov kawg tsis tuaj yeem ua.
Quantum teleportation rau dummies
Tab sis rau tus kws tshawb fawb (Charles Bennett, Gilles Brassard, Claude Crepeau, Richard Josa, Asher Perez thiab William Wuthers) pom ib txoj hauv kev los ntawm kev siv lub npe nrov thiab tsis zoo ntawm quantum mechanics hu ua Einstein-Podolsky- Rosen nyhuv. Lawv nrhiav tau ib txoj hauv kev los luam theej duab ib feem ntawm cov ntaub ntawv ntawm lub xov tooj ntawm cov khoom A, thiab hloov cov seem ntawm qhov tsis tau lees paub los ntawm cov txiaj ntsig tau hais rau lwm yam khoom C, uas tsis tau ntsib nrog A.
Ntxiv mus, los ntawm kev thov rau C qhov cuam tshuam uas nyob ntawm cov ntaub ntawv scanned, koj tuaj yeem tso C rau hauv xeev A ua ntej luam. Ib tug nws tus kheej tsis nyob rau hauv tib lub xeev, raws li nws tau hloov tag nrho los ntawm cov txheej txheem scanning, yog li dab tsi tau ua tiav yog teleportation, tsis replication.
Sib ntaus sib tua
- Thawj quantum teleportation tau ua tiav hauv 1997 yuav luag ib txhij los ntawm cov kws tshawb fawb los ntawm University of Innsbruck thiab University of Rome. Thaum lub sij hawm kev sim, tus thawj photon, uas muaj ib tug polarization, thiab ib tug ntawm cov khub ntawm entangled photons, tau hloov nyob rau hauv xws li ib tug txoj kev uas lub thib ob photon tau txais lub polarization ntawm tus thawj. Hauv qhov no, ob qho tib si photons nyob deb ntawm ib leeg.
- Nyob rau xyoo 2012 lwm quantum teleportation tau tshwm sim (Tuam Tshoj, University of Science thiab Technology) hla lub pas dej siab ntawm qhov deb ntawm 97 km. Ib pab pawg kws tshawb fawb los ntawm Shanghai, coj los ntawm Huang Yin, tau tswj hwm los tsim ib lub hom phiaj uas ua rau nws muaj peev xwm ua tau kom raug lub teeb.
- Lub Cuaj Hlis ntawm tib lub xyoo, cov ntaub ntawv quantum teleportation ntawm 143 km tau ua tiav. Cov kws tshawb fawb Austrian los ntawm Austrian Academy of Sciences thiab UniversityVienna, coj los ntawm Anton Zeilinger, tau ua tiav quantum xeev ntawm ob Canary Islands ntawm La Palma thiab Tenerife. Qhov kev sim siv ob kab kev sib txuas lus kho qhov muag hauv qhov chaw qhib, quantum thiab classical, zaus tsis sib thooj polarization entangled khub ntawm qhov chaw photons, ultra-low suab nrov ib leeg-photon detectors thiab coupled moos synchronization.
- Nyob rau xyoo 2015, cov kws tshawb fawb los ntawm US National Institute of Standards and Technology thawj zaug tau xa cov ntaub ntawv hla qhov deb ntawm ntau tshaj 100 km ntawm optical fiber. Qhov no ua tau ua tsaug rau ib leeg-photon detectors tsim ntawm lub koom haum, siv superconducting nanowires ua los ntawm molybdenum silicide.
Nws yog qhov tseeb tias qhov zoo tshaj plaws quantum system lossis thev naus laus zis tseem tsis tau muaj nyob thiab qhov kev tshawb pom zoo tshaj plaws ntawm lub neej yav tom ntej tseem tsis tau muaj. Txawm li cas los xij, ib tus tuaj yeem sim txheeb xyuas cov neeg sib tw ua tau hauv cov ntawv thov tshwj xeeb ntawm teleportation. Qhov tsim nyog hybridization ntawm cov no, muab lub moj khaum sib xws thiab cov txheej txheem, tuaj yeem muab kev cia siab tshaj plaws rau yav tom ntej rau quantum teleportation thiab nws cov ntawv thov.
Kev ncua deb
Teleportation hla luv luv (txog 1 m) raws li quantum xam subsystem tau cog lus rau cov khoom siv hluav taws xob semiconductor, qhov zoo tshaj plaws yog QED tswvyim. Hauv particular, superconducting transmon qubits tuaj yeem lav qhov kev txiav txim siab thiab siab-precision on-chip teleportation. Lawv kuj tso cai rau noj ncaj qha rau lub sijhawm, uaszoo li teeb meem ntawm photonic chips. Tsis tas li ntawd, lawv muab kev tsim kho kom zoo dua qub thiab kev sib koom ua ke zoo dua ntawm cov thev naus laus zis uas twb muaj lawm piv rau cov txheej txheem dhau los xws li cov ions daig. Tam sim no, tsuas yog qhov tsis zoo ntawm cov tshuab no zoo li yog lawv lub sijhawm sib koom ua ke (<100 µs). Qhov teeb meem no tuaj yeem daws tau los ntawm kev sib koom ua ke ntawm QED Circuit Court nrog semiconductor spin-ensemble nco hlwb (nrog nitrogen-hloov chaw ua haujlwm lossis tsis tshua muaj-lub ntiaj teb-doped crystals), uas tuaj yeem muab lub sijhawm ntev sib txuas rau quantum cov ntaub ntawv khaws cia. Qhov kev siv tam sim no yog qhov kev siv zog ntau los ntawm zej zog kev tshawb fawb.
Kev sib txuas hauv nroog
Kev sib txuas lus xov tooj cua ntawm lub nroog teev (ntau mais) tuaj yeem tsim kho siv hom kho qhov muag. Nrog kev poob qis txaus, cov tshuab no muab kev ceev nrawm thiab bandwidth. Lawv tuaj yeem txuas ntxiv los ntawm kev siv lub desktop mus rau nruab nrab-ntau lub tshuab ua haujlwm tshaj huab cua lossis fiber ntau, nrog rau kev sib koom ua ke nrog pawg quantum nco. Kev ncua ntev dua tab sis qis dua tuaj yeem ua tiav nrog txoj hauv kev sib xyaw lossis los ntawm kev tsim cov rov ua haujlwm zoo raws li cov txheej txheem tsis yog Gaussian.
Kev sib txuas mus ntev
Ntau-ntaus quantum teleportation (tshaj 100 km) yog thaj chaw ua haujlwm, tab sis tseem raug kev txom nyem los ntawm qhov teeb meem qhib. Polarization qub -cov neeg nqa khoom zoo tshaj plaws rau kev xa xov nrawm nrawm tshaj qhov txuas fiber ntau ntev thiab tshaj huab cua, tab sis cov txheej txheem tam sim no tshwm sim vim tsis tiav Tswb nrhiav pom.
Txawm hais tias qhov kev sib txuas lus tsis zoo thiab kev cuam tshuam tau txais rau cov teeb meem xws li entanglement distillation thiab quantum cryptography, qhov no yog qhov txawv ntawm kev sib txuas lus, uas cov tswv yim yuav tsum tau khaws cia tag nrho.
Yog tias peb lees txais qhov xwm txheej no, ces kev siv satellite yog nyob rau hauv ncav cuag ntawm cov cuab yeej niaj hnub no. Ntxiv nrog rau kev sib koom ua ke ntawm txoj kev taug qab, qhov teeb meem tseem ceeb yog kev poob siab los ntawm kev sib kis ntawm kab teeb. Qhov no tuaj yeem kov yeej hauv kev teeb tsa qhov twg entanglement faib los ntawm satellite mus rau qhov loj aperture hauv av-raws li telescopes. Piv txwv li satellite aperture ntawm 20 cm ntawm 600 km altitude thiab 1 m telescope aperture nyob rau hauv av, kwv yees li 75 dB ntawm downlink poob yuav tsum tau, uas yog tsawg tshaj li 80 dB poob ntawm av theem. Kev siv hauv av-rau-satellite lossis satellite-rau-satellite yog qhov nyuaj dua.
Quantum nco
yav tom ntej kev siv teleportation ua ib feem ntawm lub scalable network ncaj qha nyob ntawm nws kev koom ua ke nrog quantum nco. Lub tom kawg yuav tsum muaj qhov zoo tshaj plaws hluav taws xob-rau-teeb meem interface nyob rau hauv cov nqe lus ntawm kev hloov dua siab tshiab, kaw thiab nyeem ntawv raug, lub sij hawm cia thiab bandwidth, kev kub ceev thiab kev cia muaj peev xwm. Ua ntejNyob rau hauv lem, qhov no yuav tso cai rau kev siv ntawm relays mus cuag kev sib txuas lus deb tshaj li ncaj qha kis tau tus mob siv yuam kev kho codes. Txoj kev loj hlob ntawm ib tug zoo quantum nco yuav tso cai tsis tau tsuas yog mus faib entanglement nyob rau hauv lub network thiab teleportation kev sib txuas lus, tab sis kuj mus ua cov ntaub ntawv khaws cia nyob rau hauv ib tug coherent yam. Thaum kawg, qhov no tuaj yeem tig lub network mus rau hauv lub ntiaj teb faib quantum computer lossis lub hauv paus rau lub neej yav tom ntej quantum internet.
Kev cog lus kev txhim kho
Atomic ensembles tau ib txwm suav tias yog qhov txaus nyiam vim lawv qhov kev hloov pauv lub teeb rau qhov teeb meem zoo thiab lawv lub sijhawm millisecond, uas tuaj yeem siab li 100ms xav tau los xa lub teeb ntawm lub ntiaj teb. Txawm li cas los xij, muaj kev vam meej ntau dua niaj hnub no yuav tsum tau ua raws li cov tshuab semiconductor, qhov zoo tshaj plaws spin-semble quantum nco yog ncaj qha kev koom ua ke nrog cov scalable QED circuit architecture. Lub cim xeeb no tuaj yeem tsis tsuas yog txuas lub sijhawm sib koom ua ke ntawm QED Circuit Court, tab sis kuj tseem muab cov khoom siv kho qhov muag-microwave rau kev sib cuam tshuam ntawm optical-telecom thiab chip microwave photons.
Yog li, yav tom ntej kev tshawb pom ntawm cov kws tshawb fawb hauv thaj chaw quantum internet yuav ua tau raws li kev sib txuas lus kho qhov muag ntev ua ke nrog cov semiconductor nodes los ua cov ntaub ntawv quantum.
