Квантын телепортац нь квант мэдээллийн хамгийн чухал протоколуудын нэг юм. Оролцооны физик нөөц дээр үндэслэн энэ нь янз бүрийн мэдээллийн даалгаврын үндсэн элемент болж үйлчилдэг бөгөөд квант технологийн чухал бүрэлдэхүүн хэсэг бөгөөд квант тооцоолол, сүлжээ, харилцаа холбооны цаашдын хөгжилд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.
Шинжлэх ухааны зөгнөлт зохиолоос эрдэмтдийн нээлт хүртэл
Квантын механикийн "хачирхалтай" байдлын хамгийн сонирхолтой бөгөөд сэтгэл хөдөлгөм үр дагаваруудын нэг болох квант телепортацийг нээснээс хойш хорь гаруй жил болж байна. Эдгээр агуу нээлтүүдийг хийхээс өмнө энэ санаа нь шинжлэх ухааны уран зөгнөлт ертөнцөд харьяалагддаг байв. Анх 1931 онд Чарльз Х. Форт "цацралт" гэсэн нэр томъёог анх санаачилсан бөгөөд тэр цагаас хойш бие махбодь болон биетүүдийн хоорондын зайг огт туулахгүйгээр нэг газраас нөгөөд шилжүүлэх үйл явцыг илэрхийлэхэд хэрэглэгдэж байна.
1993 онд квант мэдээллийн протоколыг тодорхойлсон нийтлэл хэвлэгдсэн. Дээр дурдсан хэд хэдэн функцийг хуваалцсан "квант телепорт". Үүнд, физик системийн үл мэдэгдэх төлөвийг хэмжиж, дараа нь алслагдсан байршилд хуулбарлах эсвэл "дахин угсардаг" (анхны системийн физик элементүүд нь дамжуулах цэг дээр үлддэг). Энэ процесс нь сонгодог харилцааны хэрэгслийг шаарддаг бөгөөд FTL харилцаа холбоог оруулаагүй болно. Үүнд орооцолдох нөөц хэрэгтэй. Үнэн хэрэгтээ телепортацийг орооцолдохын мөн чанарыг хамгийн тод харуулсан квант мэдээллийн протокол гэж үзэж болно: хэрэв байхгүй бол квант механикийг тодорхойлсон хуулиудын хүрээнд ийм дамжуулалтын төлөв байх боломжгүй.
Телепортац нь мэдээллийн шинжлэх ухааны хөгжилд идэвхтэй үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэ нь нэг талаас албан ёсны квант мэдээллийн онолыг хөгжүүлэхэд шийдвэрлэх үүрэг гүйцэтгэдэг концепцийн протокол, нөгөө талаас олон технологийн үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэг юм. Квант давталт нь хол зайд харилцах гол элемент юм. Квант шилжүүлэгчийн телепортац, хэмжээст суурилсан тооцоолол, квант сүлжээ зэрэг нь бүгд үүний дериватив юм. Үүнийг мөн цаг хугацааны муруй ба хар нүхний ууршилттай холбоотой "хэт" физикийг судлах энгийн хэрэгсэл болгон ашигладаг.
Өнөөдөр квантын телепортацийг дэлхийн лабораторид фотоник кубит, цөмийн соронзон резонанс, оптик горим, атомын бүлгүүд, баригдсан атомууд болонхагас дамжуулагч систем. Телепортын хүрээний салбарт гайхалтай үр дүнд хүрч, хиймэл дагуултай туршилтууд хийгдэж байна. Нэмж дурдахад, илүү нарийн төвөгтэй системүүдийг өргөжүүлэх оролдлого эхэлсэн.
Кубитуудын гэрэлтэлт
Квантын телепортацийг анх кубит гэж нэрлэгддэг хоёр түвшний системд зориулж тайлбарласан. Протоколд цэвэр орооцолдсон төлөвт байгаа А ба В гэсэн 2 кубитийг хуваалцдаг Алис, Боб хэмээх хоёр алслагдсан талуудыг Bell хос гэж нэрлэдэг. Оролтын үед Алис-д ρ төлөв нь тодорхойгүй өөр нэг кубит a өгөгдсөн. Дараа нь тэрээр Bell detection хэмээх хамтарсан квант хэмжилт хийдэг. Энэ нь дөрвөн хонхны төлөвийн аль нэгэнд нь a, A-г авна. Үүний үр дүнд хэмжилтийн явцад Алисын оролтын кубитийн төлөв алга болж, Бобын В кубит Р†kρP дээр нэгэн зэрэг проекц болно. k. Протоколын сүүлийн шатанд Алис өөрийн хэмжилтийн сонгодог үр дүнг Боб руу илгээдэг ба тэрээр Паули оператор Pk ашиглан анхны ρ.-г сэргээдэг.
Алисын кубитийн анхны төлөв нь тодорхойгүй гэж тооцогддог, учир нь эс бөгөөс протоколыг алсын зайнаас хэмжих хүртэл бууруулна. Эсвэл энэ нь өөрөө гуравдагч этгээдтэй хуваалцсан илүү том нийлмэл системийн нэг хэсэг байж болно (энэ тохиолдолд амжилттай телепорт хийхэд тухайн гуравдагч этгээдтэй бүх хамаарлыг хуулбарлах шаардлагатай).
Квантын телепортацын ердийн туршилт нь анхны төлөв нь цэвэр бөгөөд хязгаарлагдмал цагаан толгойд хамаарах гэж үздэг.жишээ нь Блохын бөмбөрцгийн зургаан туйл. Задаргаа байгаа тохиолдолд сэргээн босгосон төлөвийн чанарыг телепортын нарийвчлал F ∈ [0, 1] -ээр тоолж болно. Энэ нь Алис, Боб нарын мужуудын хоорондох нарийвчлал бөгөөд хонхны илрүүлэлтийн бүх үр дүн болон анхны цагаан толгойн үсгийн дундаж үзүүлэлт юм. Нарийвчлал багатай утгын хувьд бүдэг бадаг нөөцийг ашиглахгүйгээр төгс бус телепортацийг зөвшөөрдөг аргууд байдаг. Жишээлбэл, Алис үр дүнг Боб руу илгээж, үүссэн төлөвийг бэлтгэх замаар анхны төлөвөө шууд хэмжиж чадна. Энэхүү хэмжилт бэлтгэх стратегийг "сонгодог телепортаци" гэж нэрлэдэг. Энэ нь дурын оролтын төлөвийн хувьд хамгийн дээд нарийвчлал нь F=2/3 бөгөөд энэ нь Блох бөмбөрцгийн зургаан туйл гэх мэт харилцан адилгүй төлөвүүдийн цагаан толгойтой тэнцэнэ.
Тиймээс квант нөөцийн ашиглалтын тодорхой үзүүлэлт бол нарийвчлалын утга юм F> Fанги.
Ганц ч кубит биш
Квантын физикийн дагуу телепортац нь зөвхөн кубитээр хязгаарлагдахгүй, олон хэмжээст системийг багтааж болно. Хязгаарлагдмал d хэмжээс бүрийн хувьд хамгийн их орооцолдсон төлөвийн векторуудын суурь болон өгөгдсөн хамгийн их орооцолдсон төлөв ба {Uk}-ийн суурь дээр үндэслэн хамгийн тохиромжтой телепортын схемийг томъёолж болно. tr(U †j Uk)=dδj, k . Ийм протоколыг ямар ч хязгаарлагдмал хэмжээст Hilbert-д зориулж байгуулж болногэж нэрлэгддэг орон зай. дискрет хувьсах систем.
Түүнээс гадна квант телепортацийг тасралтгүй хувьсах систем гэж нэрлэдэг хязгааргүй хэмжээст Гильбертийн орон зайтай системүүдэд мөн өргөтгөж болно. Дүрмээр бол тэдгээрийг оптик бозоник горимоор хэрэгжүүлдэг бөгөөд тэдгээрийн цахилгаан талбарыг квадрат операторууд дүрсэлж болно.
Хурд ба тодорхойгүй байдлын зарчим
Квантын телепортацын хурд хэд вэ? Мэдээлэл нь сонгодог дамжуулалтын хурдтай ижил хурдаар дамждаг - магадгүй гэрлийн хурдаар. Онолын хувьд үүнийг сонгодог байдлаар ашиглах боломжгүй, жишээлбэл, өгөгдөл зөвхөн хүлээн авагчид байдаг квант тооцоололд ашиглаж болно.
Квантын телепорт нь тодорхойгүй байдлын зарчмыг зөрчиж байна уу? Эрт дээр үед аливаа хэмжилт, сканнердах үйл явц нь атом болон бусад объектын бүх мэдээллийг гаргаж авахгүй гэсэн зарчмыг зөрчсөн гэж үздэг тул эрдэмтэд гэрэлтэх санааг тийм ч чухал гэж үздэггүй байв. Тодорхой бус байдлын зарчмын дагуу объектыг илүү нарийвчлалтай сканнердах тусам тухайн объектын анхны төлөвийг олж авах боломжгүй болтлоо зөрчигдсөн цэгт хүрэх хүртэл сканнердах үйл явцад илүү их нөлөөлнө. яг хуулбарыг бий болгох хангалттай мэдээлэл. Энэ нь үнэмшилтэй сонсогдож байна: хэрэв хүн төгс хуулбар үүсгэхийн тулд объектоос мэдээлэл гаргаж чадахгүй бол сүүлчийнхийг нь хийх боломжгүй.
Даммигийн квант телепортац
Гэхдээ зургаан эрдэмтэн (Чарльз Беннетт, Гиллес Брасард, Клод Крепо, Ричард Жоса, Ашер Перез, Уильям Вузерс) Эйнштейн-Подольский гэгддэг квант механикийн алдартай бөгөөд гаж шинж чанарыг ашиглан энэ логикийг тойрон гарах арга замыг олжээ. Розен эффект. Тэд телепортолсон А объектын мэдээллийн зарим хэсгийг сканнердаж, баталгаажуулаагүй үлдсэн хэсгийг дээрх эффектээр дамжуулан А-тай хэзээ ч холбогдож байгаагүй өөр С объект руу шилжүүлэх аргыг олсон.
Цаашилбал, сканнердсан мэдээллээс хамаарах нөлөөллийг С-д хэрэглэснээр та скан хийхээсээ өмнө С-г А төлөвт оруулж болно. A нь сканнердах процессоор бүрмөсөн өөрчлөгдсөн тул ижил төлөвт байхаа больсон тул үр дүнд хүрсэн зүйл бол хуулбарлах биш харин телепортац юм.
Холбооны төлөөх тэмцэл
- Анхны квант телепортацийг 1997 онд Инсбрук болон Ромын их сургуулийн эрдэмтэд бараг нэгэн зэрэг хийж байжээ. Туршилтын явцад туйлшралтай анхны фотон болон орооцолдсон хос фотонуудын нэгийг өөрчилсөн бөгөөд хоёр дахь фотон анхныхынхаа туйлшралыг хүлээн авсан байна. Энэ тохиолдолд хоёр фотон бие биенээсээ хол зайд байсан.
- 2012 онд (Хятад, Шинжлэх ухаан технологийн их сургууль) 97 км-ийн зайд орших өндөр уулын нуураар дахин квант телепортаци явагдсан. Хуан Инээр ахлуулсан Шанхайн эрдэмтдийн баг цацрагийг үнэн зөв чиглүүлэх боломжтой болгосон чиглүүлэх механизмыг боловсруулж чаджээ.
- Тухайн оны 9-р сард 143 км-ийн квант телепортацын дээд амжилтыг хийжээ. Австрийн шинжлэх ухааны академи, их сургуулийн Австрийн эрдэмтэдАнтон Зейлингерээр удирдуулсан Вена Ла Пальма, Тенерифе гэсэн хоёр Канарын арлуудын хооронд квант мужуудыг амжилттай шилжүүлэв. Туршилтанд задгай сансарт квант болон сонгодог, давтамжийн хамааралгүй туйлшралын орооцолдсон хос фотон, хэт бага дуу чимээтэй нэг фотоны детектор, хосолсон цаг синхрончлол зэрэг хоёр оптик холбооны шугамыг ашигласан.
- 2015 онд АНУ-ын Үндэсний Стандарт, Технологийн Хүрээлэнгийн судлаачид анх удаа оптик шилэн кабелиар 100 гаруй км-ийн зайд мэдээлэл дамжуулсан. Энэ нь молибдений силицидээр хийсэн хэт дамжуулагч нано утас ашиглан институтэд бүтээсэн нэг фотон илрүүлэгчийн ачаар боломжтой болсон.
Хамгийн тохиромжтой квант систем эсвэл технологи хараахан байхгүй байгаа нь тодорхой бөгөөд ирээдүйн агуу нээлтүүд хараахан гарахгүй байна. Гэсэн хэдий ч телепортын тодорхой хэрэглээнд боломжит нэр дэвшигчдийг тодорхойлохыг оролдож болно. Тохиромжтой бүтэц, аргуудыг харгалзан эдгээрийг тохирсон эрлийзжүүлэх нь квант телепортац болон түүний хэрэглээнд хамгийн ирээдүйтэй ирээдүйг өгч чадна.
Богино зай
Квантын тооцооллын дэд системийн хувьд богино зайд (1 м хүртэл) гэрэлтэх нь хагас дамжуулагч төхөөрөмжүүдийн хувьд ирээдүйтэй бөгөөд хамгийн сайн нь QED схем юм. Ялангуяа хэт дамжуулагч дамжуулагч кубитууд нь чип дээрх тодорхой, өндөр нарийвчлалтай телепортацийг баталгаажуулж чадна. Тэд мөн бодит цагийн шууд тэжээлийг зөвшөөрдөг, ньфотоник чип дээр асуудалтай харагдаж байна. Нэмж дурдахад тэдгээр нь баригдсан ион гэх мэт өмнөх аргуудтай харьцуулахад илүү өргөтгөх боломжтой архитектур, одоо байгаа технологийг илүү сайн нэгтгэдэг. Одоогийн байдлаар эдгээр системүүдийн цорын ганц сул тал нь тэдгээрийн хязгаарлагдмал уялдаатай байх хугацаа (<100 μs) юм. Энэ асуудлыг QED хэлхээг хагас дамжуулагч ээрэх ансамбль санах ойн эсүүдтэй (азотоор орлуулсан хоосон орон зай эсвэл газрын ховор хольцтой талстуудтай) нэгтгэх замаар шийдэж болох бөгөөд энэ нь квантын өгөгдлийг хадгалахад урт хугацааны уялдаатай байх боломжийг олгодог. Энэхүү хэрэгжилт нь одоогоор шинжлэх ухааны нийгэмлэгийн ихээхэн хүчин чармайлтын сэдэв болж байна.
Хотын харилцаа холбоо
Оптик горимыг ашиглан хотын хэмжээнд (хэдэн километр) цацрагийн холбоог хөгжүүлэх боломжтой. Хангалттай бага алдагдалтай эдгээр системүүд нь өндөр хурд, зурвасын өргөнийг хангадаг. Тэдгээрийг ширээний хэрэглүүрээс эхлээд агаар эсвэл шилэн дээр ажилладаг дунд зайн систем хүртэл өргөтгөж, квант санах ойтой нэгтгэх боломжтой. Холимог арга барил эсвэл Гауссын бус процесс дээр суурилсан сайн давталтуудыг хөгжүүлснээр илүү хол зай боловч бага хурдтай болно.
Алсын зайн харилцаа
Хотын зайн квант телепортац (100 гаруй км) идэвхтэй бүс боловч нээлттэй асуудалтай хэвээр байна. Туйлшралын кубитууд -Урт шилэн холбоосоор болон агаараар бага хурдтай телепорт хийх хамгийн шилдэг операторууд боловч Хонхыг бүрэн илрүүлээгүйн улмаас протокол одоогоор магадлал өндөр байна.
Ороолцох нэрэлт, квант криптограф зэрэг асуудлуудын хувьд магадлалын телепортац болон орооцолдлыг хүлээн зөвшөөрөх боломжтой боловч энэ нь оролтыг бүрэн хадгалах ёстой харилцаанаас илт ялгаатай.
Хэрэв бид энэ магадлалыг хүлээн зөвшөөрвөл хиймэл дагуулын хэрэгжилт орчин үеийн технологийн хүртээмжтэй байна. Мөрдөх аргуудыг нэгтгэхээс гадна гол асуудал нь цацрагийн тархалтаас үүдэлтэй өндөр алдагдал юм. Сансрын хиймэл дагуулаас том нүхтэй газар дээр суурилсан телескопуудад орооцолдолт тархдаг тохиргоонд үүнийг даван туулж болно. Хиймэл дагуулын нүх 600 км-ийн өндөрт 20 см, газар дээр 1 м телескопын нүхтэй гэж үзвэл 75 дБ орчим доош холболтын алдагдал хүлээгдэж байгаа бөгөөд энэ нь газрын түвшинд 80 дБ алдагдахаас бага байна. Газраас хиймэл дагуул эсвэл хиймэл дагуулаас хиймэл дагуулын хэрэгжилт нь илүү төвөгтэй байдаг.
Квантын санах ой
Цаашид телепортацийг өргөтгөх боломжтой сүлжээний нэг хэсэг болгон ашиглах нь түүний квант санах ойтой нэгтгэхээс шууд хамаарна. Сүүлийнх нь хувиргах үр ашиг, бичлэг хийх, унших нарийвчлал, хадгалах хугацаа ба зурвасын өргөн, өндөр хурд, хадгалах багтаамжийн хувьд маш сайн цацрагийн интерфейстэй байх ёстой. ЭхлээдЭнэ нь эргээд алдаа засах кодыг ашиглан шууд дамжуулалтаас хол зайд харилцаа холбоог өргөжүүлэхийн тулд реле ашиглах боломжийг олгоно. Сайн квантын санах ойг хөгжүүлснээр сүлжээ, телепортын харилцаа холбоог тараах төдийгүй хадгалагдсан мэдээллийг нэгдмэл байдлаар боловсруулах боломжтой болно. Эцсийн эцэст энэ нь сүлжээг дэлхий даяар тархсан квант компьютер эсвэл ирээдүйн квант интернетийн үндэс болгон хувиргаж магадгүй юм.
Ирээдүйтэй бүтээн байгуулалтууд
Атомын чуулга нь гэрлийг бодис руу үр ашигтай хувиргадаг, дэлхийн хэмжээнд гэрлийг дамжуулахад шаардлагатай 100 мс хүртэл өндөр байдаг миллисекундын амьдрах хугацаа зэргээс шалтгаалан сонирхол татахуйц гэж тооцогддог. Гэсэн хэдий ч өнөөдөр илүү ирээдүйтэй бүтээн байгуулалтууд хагас дамжуулагч системд суурилсан бөгөөд маш сайн ээрэх ансамбль квант санах ойг өргөтгөх боломжтой QED хэлхээний архитектуртай шууд нэгтгэсэн болно. Энэхүү санах ой нь QED хэлхээний уялдаа холбоог уртасгах төдийгүй оптик-телеком болон чип бичил долгионы фотоныг харилцан хөрвүүлэх оптик-богино долгионы интерфейсээр хангана.
Тиймээс, эрдэмтдийн квант интернетийн салбарын ирээдүйн нээлтүүд нь квант мэдээллийг боловсруулах хагас дамжуулагч зангилаатай холын зайн оптик холбоонд суурилсан байх магадлалтай.
