Перайсці да зместу

Квантавая тэлепартацыя

Неправераная
З Вікіпедыі, свабоднай энцыклапедыі

Квантавая тэлепартацыя — перадача квантавага стану[en] на адлегласць пры дапамозе раз’яднанай у прасторы счэпленай (заблытанай) пары і класічнага канала сувязі, пры якой стан разбураецца ў пункце адпраўлення пры правядзенні вымярэння, пасля чаго ўзнаўляецца ў пункце прыёму. Тэрмін усталяваўся дзякуючы апублікаванаму ў 1993 годзе артыкулу[1] ў часопісе «Physical Review Letters», дзе апісана, якую менавіта квантавую з’яву прапануецца называць «тэлепартацыяй» (англ.: teleporting) і чым яна адрозніваецца ад папулярнай у навуковай фантастыцы «тэлепартацыі». Квантавая тэлепартацыя не перадае энергію або рэчыва на адлегласць. Абавязковым этапам пры квантавай тэлепартацыі з’яўляецца перадача інфармацыі паміж пунктамі адпраўлення і прыёму па класічнаму, няквантаваму каналу, якая можа ажыццяўляцца не хутчэй, чым са скорасцю святла, тым самым не парушаючы прынцыпаў сучаснай фізікі.

Апісанне эксперыменту

[правіць | правіць зыходнік]

Пры ажыццяўленні квантавай тэлепартацыі, акрамя перадачы інфармацыі па квантавым канале, неабходна таксама ажыццявіць перадачу дадатковай інфармацыі, неабходнай для чытання паведамлення, па класічным канале. Для перадачы «квантавай часткі» выкарыстоўваюцца характэрныя для квантава-заблытаных часціц карэляцыі Эйнштэйна — Падольскага — Розена, а для перадачы класічнай інфармацыі падыходзіць любы звычайны канал сувязі.

Для прастаты разгледзім квантавую сістэму з двума магчымымі станамі і (напрыклад, праекцыю спіна электрона або фатона на зададзеную вось). Такія сістэмы часта называюць кубітамі[en]. Аднак апісаны ніжэй спосаб прыдатны для перадачы стану любой сістэмы, якая мае канечны лік станаў.

Няхай у адпраўніка ёсць часціца А, якая знаходзіцца ў адвольным квантавым стане , і ён хоча перадаць гэты квантавы стан атрымальніку, гэта значыць зрабіць так, каб у атрымальніка апынулася ў распараджэнні часціца B ў тым жа самым стане. Іншымі словамі, неабходна перадаць адносіну двух камплексных лікаў і (з максімальнай дакладнасцю). Заўважым, што галоўная мэта тут — гэта перадаць інфармацыю не як мага хутчэй, а як мага дакладней. Для дасягнення гэтай мэты выконваюцца наступныя крокі.

  1. Адпраўнік і атрымальнік дамаўляюцца загадзя аб стварэнні пары квантава-заблытаных часціц C і B, прычым C патрапіць адпраўніку, а B — атрымальніку. Паколькі гэтыя часціцы заблытаныя, то кожная з іх не валодае сваёй хвалевай функцыяй (вектарам стану), але ўся пара цалкам (а дакладней, нас цікавяць ступені свабоды) апісваецца адзіным чатырохмерным вектарам стану .
  2. Квантавая сістэма часціц A і C мае чатыры станы, аднак мы не можам апісаць яе стан вектарам — чыстым (цалкам вызначаным) станам валодае толькі сістэма з трох часціц A, B, C. Калі адпраўнік здзяйсняе вымярэнне, якое мае чатыры магчымыя зыходы, над сістэмай з дзвюх часціц A і C, ён атрымлівае адно з чатырох уласных значэнняў вымяранай велічыні. Паколькі пры гэтым вымярэнні сістэма з трох часціц A, B, C калапсуе ў нейкі новы стан, прычым станы часціц A і C становяцца вядомыя цалкам, то счапленне разбураецца, і часціца B аказваецца ў некаторым вызначаным квантавым стане.
  3. Менавіта ў гэты момант адбываецца як бы «перадача» «квантавай часткі» інфармацыі. Аднак аднавіць перададзеную інфармацыю пакуль немагчыма: атрымальнік ведае, што стан часціцы B неяк звязаны са станам часціцы A, але не ведае, як менавіта!
  4. Для высвятлення гэтага неабходна, каб адпраўнік паведаміў атрымальніку па звычайнаму класічнаму каналу вынік свайго вымярэння (затраціўшы пры гэтым два біты, якія адпавядаюць зачэпленаму стану AC, вымеранаму адпраўнікам). Па законах квантавай механікі атрымліваецца, што, маючы вынік вымярэння, праведзенага над парай часціц A і C, і ў дадатак заблытаную з C часціцу B, атрымальнік зможа здзейсніць неабходнае пераўтварэнне над станам часціцы B і аднавіць зыходны стан часціцы A.

Поўная перадача інфармацыі ажыццявіцца толькі пасля таго, як атрымальнік будзе валодаць данымі, атрыманымі па абодвух каналах. Да таго як атрыманы вынік па класічнаму каналу, атрымальнік нічога не можа сказаць пра перададзены стан.

Фантастычнае паняцце тэлепартацыі паходзіць са спецыфічнай інтэрпрэтацыі эксперыменту: «зыходны стан часціцы A пасля ўсяго, што адбылося, разбураецца. Гэта значыць, стан быў не скапіраваны, а перанесены з аднаго месца ў другое».

Эксперыментальная рэалізацыя

[правіць | правіць зыходнік]
  • Эксперыментальная рэалізацыя квантавай тэлепартацыі палярызацыйнага стану фатона была ажыццёўлена ў 1997 годзе амаль адначасова групамі фізікаў пад кіраўніцтвам Антона Цайлінгера (Універсітэт Інсбрука)[2] і Франчэска дэ Марціні (Універсітэт Рыма)[3].
  • У часопісе Nature за 17 чэрвеня 2004 года было абвешчана аб паспяховым эксперыментальным назіранні квантавай тэлепартацыі квантавага стану атама адразу дзвюма даследчымі групамі: M. Riebe et al.[4] (тэлепартацыя квантавага стану іона атама кальцыю) і M. D. Barrett et al.[5] (тэлепартацыя кубіта на аснове іона атама берылію). Нягледзячы на шуміху ў сродках масавай інфармацыі, гэтыя эксперыменты наўрад ці можна назваць прарывам: хутчэй гэта проста чарговы вялікі крок у напрамку стварэння квантавых камп’ютараў[en] і рэалізацыі квантавай крыптаграфіі[en].
  • У 2006 годзе была ўпершыню ажыццёўлена тэлепартацыя паміж аб’ектамі рознай прыроды — квантамі лазернага выпраменьвання і атамамі цэзію. Паспяховы эксперымент быў праведзены даследчай групай з Інстытута Нільса Бора ў Капенгагене[6].
  • 23 студзеня 2009 года навукоўцам упершыню ўдалося тэлепартаваць квантавы стан іона на адзін метр[7][8].
  • 10 мая 2010 года ў эксперыменце, пастаўленым фізікамі з Навукова-тэхнічнага ўніверсітэта Кітая і Універсітэта Цінхуа, праводзілася перадача квантавага стану фатона на 16 кіламетраў[9][10].
  • У 2012 годзе кітайскім фізікам удалося за 4 гадзіны перадаць 1100 заблытаных фатонаў на адлегласць 97 кіламетраў[11][12].
  • У верасні 2012 года фізікі з Універсітэта Вены і Акадэміі навук Аўстрыі ўстанавілі новы рэкорд у квантавай тэлепартацыі — 143 кіламетры[13].

Гл. таксама

[правіць | правіць зыходнік]

Зноскі

  1. ↑ Bennett C.; Brassard G.; et al. (1993). Teleporting an unknown quantum state via dual classical and Einstein-Podolsky-Rosen channels. Physical Review Letters. 70 (13). doi:10.1103/PhysRevLett.70.1895.
  2. ↑ Dik Bouwmeester; Jian-Wei Pan; Klaus Mattle; Manfred Eibl; Harald Weinfurter; Anton Zeilinger (1997). Experimental quantum teleportation. Nature. 390: 575–579. doi:10.1038/37539.
  3. ↑ D. Boschi; S. Branca; F. De Martini; L. Hardy; S. Popescu (1998). Experimental Realization of Teleporting an Unknown Pure Quantum State via Dual Classical and Einstein-Podolsky-Rosen Channels. Phys. Rev. Lett. 80 (6): 1121–1125. doi:10.1103/PhysRevLett.80.1121. (arΧiv:quant-ph/9710013)
  4. ↑ M. Riebe; H. Häffner; C. F. Roos; W. Hänsel; J. Benhelm; G. P. T. Lancaster; T. W. Körber; C. Becher; F. Schmidt-Kaler; D. F. V. James; R. Blatt (2004). Deterministic quantum teleportation with atoms. Nature. 429: 734–737. doi:10.1038/nature02570.
  5. ↑ M. D. Barrett; J. Chiaverini; T. Schaetz; J. Britton; W. M. Itano; J. D. Jost; E. Knill; C. Langer; D. Leibfried; R. Ozeri; D. J. Wineland (2004). Deterministic quantum teleportation of atomic qubits. Nature. 429: 737–739. doi:10.1038/nature02608.
  6. ↑ First quantum teleportation between light and matter(англ.). 2006-10-05. Архівавана з арыгінала 5 чэрвеня 2011. Праверана 16 жніўня 2013.
  7. ↑ Физики впервые телепортировали ионы на метр(руск.). Lenta.ru. 2009-01-26.
  8. ↑ Прэс-рэліз на сайце Аб'яднанага квантавага інстытута (PDF)(англ.). 2009-01-23. Архівавана з арыгінала (PDF) 20 сакавіка 2009. Праверана 16 жніўня 2013.
  9. ↑ Осуществлена квантовая телепортация на 16 километров(руск.). 2010-05-20. Архівавана з арыгінала 13 студзеня 2012. Праверана 16 жніўня 2013.
  10. ↑ Experimental free-space quantum teleportation (англ.)(недаступная спасылка) (16 мая 2010). Архівавана з першакрыніцы 2 жніўня 2011. Праверана 16 жніўня 2013.
  11. ↑ Фотоны телепортировали на рекордное расстояние(руск.). Lenta.ru. 2012-05-12. (arΧiv:quant-ph/1205.2024)
  12. ↑ Juan Yin; et al. (2012). Quantum teleportation and entanglement distribution over 100-kilometre free-space channels. Nature(англ.). 488: 185–188. doi:10.1038/nature11332.
  13. ↑ Новый рекорд квантовой телепортации - 143 километра cybersecurity.ru(руск.). 2012-08-12. Архівавана з арыгінала 7 верасня 2012. Праверана 16 жніўня 2013.

Літаратура

[правіць | правіць зыходнік]
  • Телепортация: прыжок в невозможное (руск.) / Дэвид Дарлинг. — Москва: Эксмо, 2008. — 300 с. — (Открытия, которые потрясли мир). — 3 100 экз. — ISBN 978-5-699-23980-1.
  • Бауместер Д., Экерт А., Цайлингер А. Физика квантовой информации. М.: Постмаркет, 2002. 376 с. Глава 3. (руск.)
  • Kilin S.Ya. Quanta and information / Progress in optics. — 2001. — Vol. 42. — P. 1-90. (англ.)
  • Килин С. Я. Квантовая информация / Успехи Физических Наук. — 1999. — Т. 169. — C. 507—527. (руск.)
  • Белокуров В. В., Тимофеевская О. Д., Хрусталев О. А. Квантовая телепортация — обыкновенное чудо. Москва, Ижевск: Изд-во: Регулярная и хаотическая динамика, 2000. 172 с. (руск.)

Спасылкі

[правіць | правіць зыходнік]
Узята з "https://be.wikipedia.org/w/index.php?title=Квантавая_тэлепартацыя&oldid=5160881"