양자 순간 이동 : 물리학의 위대한 발견

양자 순간 이동은 양자 정보에서 가장 중요한 프로토콜 중 하나입니다. 혼란의 물리적 자원을 기반으로, 그것은 다양한 정보 작업의 주요 요소이며 양자 컴퓨팅, 네트워킹 및 통신의 발전에 중요한 역할을 양자 기술의 중요한 부분을 나타냅니다.

과학적 발견에 공상 과학 소설에서

그것은 아마도 양자 역학의 '낯선'의 가장 재미 있고 흥미로운 결과 중 하나입니다 양자 순간 이동의 발견 이후 20 년 동안하고있다. 이 위대한 발견을했다하기 전에,이 아이디어는 공상 과학의 영역 지배했습니다. 먼저 찰스 H. 요새 용어 "순간 이동"에 의해 1931 년에 발명 한 이후 몸과 객체가 한 곳에서 다른 곳으로 전송하는 과정을 설명하는 데 사용 된, 정말 그들 사이의 거리를 극복하지 않습니다.

1993 년에 그는 위의 증상 중 일부를 공유 "양자 순간 이동"이라는 양자 정보의 프로토콜을 설명하는 기사를, 발표했다. 이것은 실제 시스템의 상태를 알 수 측정과 후속 재생 또는 원격 웹 사이트에 "재 것"된다 (원래 시스템의 물리적 요소가 대신 전송로 유지). 이 과정은 의사 소통의 고전적인 수단을 필요로하며, 초 광속 통신을 제거합니다. 그것은 혼란의 삶을 필요로한다. 사실, 순간 이동은 가장 명확하게 혼란의 본질을 보여줍니다 양자 정보의 프로토콜로 볼 수 있습니다 : 이전의 상태의 존재가 양자 역학을 설명하는 법률의 틀 안에서 가능하지 않을 것없이.

순간 이동은 정보 과학의 발전에 적극적인 역할을했다. 한편,이 공식적인 양자의 발전에 중요한 역할을 담당 개념 프로토콜이며, 정보 이론, 그리고 다른 한편으로는 많은 기술의 기본 구성 요소입니다. 양자 리피터 - 장거리 통신의 핵심 요소입니다. 순간 이동 양자 스위치, 측정 및 양자 네트워크를 기반으로 계산 - 그의 모든 유도체이다. 그것은 임시 곡선 및 증발에 물리학의 "극단적 인"연구를위한 간단한 도구로 사용되는 블랙홀의.

광자 큐 비트, 핵 자기 공명, 광 모드 원자의 그룹, 포획 된 원자와 반도체 기판 및 시스템을 포함하는 다양한 기술을 이용하여 전 세계 실험실에서 확인 된 현재 양자 이라니. 뛰어난 결과는 위성과 순간 이동 범위 오는 실험에서 달성되었다. 또한, 시도는 더 복잡한 시스템까지 확장하기 위해 만들어졌다.

큐 비트의 순간 이동

양자 순간 이동은 먼저 2 단계 시스템, 소위 큐 비트에 대해 설명했다. 큐 비트 2를 공유 앨리스와 밥라는 두 개의 원격 파티를 고려 프로토콜은 A와 B는 순수 얽힌 상태에 있고 벨 쌍했다. 앨리스의 입구에서 그 상태 ρ 알 수없는 또 다른 큐 비트와 주어진. 그런 다음, 공동 양자 측정을 수행 종의 발견을했다. 그것은 네 벨 상태 중 하나의과를 전달합니다. 따라서, 앨리스 측정 큐 비트의 입력 상태가 사라지고 밥 B 동시에 ^† _K ρP _K P에 투영 _큐빗. 마지막 단계 프로토콜 앨리스 원래 ρ를 복원 파울리 P _{k에 연산자를} 적용 그 측정 밥의 전형적인 결과를 전송한다.

그렇지 프로토콜의 원격 측정으로 감소되기 때문에 큐빗 앨리스의 초기 상태는, 익명 여겨진다. 또한, 그 자체가 제 3 자와 공유 대형 복합 시스템의 일부가 될 수 있습니다 (이 경우 성공적으로 순간 이동의 모든이 제 3 자와 재생 상관 관계를 요구한다).

양자 순간 이동의 전형적인 실험은, 예를 들어, 제한된 문자로 블로흐 분야의 여섯 채를 순수한 원래의 상태 및 소속 걸립니다. 재구성 된 상태의 결 어긋남 품질의 존재하에 정량적으로 정확한 순간 이동 F의 ∈ [0, 1]로 표현 될 수있다. 앨리스와 밥의 상태 간의 정확성, 벨 원래 알파벳의 모든 검출 결과에 대해 평균. 방법의 정확성 작은 값의 복잡한 자원 않고 불완전한 공간 이동을 가능하게 존재한다. 예를 들어, 앨리스 직접 얻어진 상태의 제조에 밥을 전송함으로써 원래 상태를 측정 할 수있다. 이 측정 훈련의 전략은이라 "고전적인 순간 이동." 이 _클래스 F = 모든 입력 상태의 2/3에 해당 알파벳 등의 블로흐 구 여섯 개 기둥 같은 상호 바이어스 조건 최대 정확도를 갖는다.

따라서, 양자 자원의 사용에 대한 명확한 표시가 정밀 값 F> F _{클래스입니다.}

아니 하나의 큐 비트

따르면 양자 물리학, 큐 비트의 순간 이동이 제한되지 않고, 이는 다차원 시스템을 포함 할 수있다. 각 유한 계수 D를위한 기준을 최대로 얽힌 상태 소정 최대한 얽힌 상태에서 얻을 수있다 벡터 및 기준 {U의 _{K} ^TR을} 만족시키는 유니 타리 연산자 ^{_{(U † J U K)를}} 사용하여 이상적인 방식 순간 이동을 제형 화 될 수있다 = dδ J와 K를 . 이러한 프로토콜은 어떤 유한 힐베르트 공간 R. N. 위해 구성 될 수있다 이산 변수 시스템.

또한, 양자 순간 이동 무단 시스템 호출 무한 힐베르트 공간을 가진 시스템에 적용 할 수있다. 원칙적으로, 그것들은 광 보손 모드 직교 연산자를 설명 할 수있는 전계에 의해 실현된다.

속도와 불확실성 원리

양자 순간 이동의 속도는 무엇입니까? 정보는 고전 동일한 수의 전송 속도와 동일한 속도로 전송된다 - 아마도와 광속. 이론적으로는 이렇게하는 방법 고전이 할 수없는, 사용할 수 있습니다 - 예를 들어, 데이터를받는 사람 만 사용할 수 있습니다 양자 컴퓨팅,있다.

양자 순간 이동을 위반 하는가 불확실성의 원리를? 그것은이 모든 정보 원자 또는 다른 개체를 추출 할 수있는 측정 또는 검사 과정을 금지의 원칙을 위반 한 것으로 생각했기 때문에 과거에는 순간 이동의 아이디어는 정말, 학자들에 의해 심각하지 않습니다. 객체의 원래의 상태보다 복제본을 생성하기에 충분한 정보를 얻을 수없는 정도로 방해 할 경우 점에 도달 할 때까지의 불확실성 원리에 따라,보다 정확한 물체가 스캔되는 더 이것은 스캐닝 프로세스에 의해 영향을 받는다. 그것은 설득력 소리 : 사람이 완벽한 복사본을 만들기 위해 객체로부터 정보를 추출 할 수없는 경우, 후자는 할 수 없습니다.

인형에 대한 양자 순간 이동

그러나 여섯 과학자 (찰스 베넷, Zhil Brassar, 클로드 크레포, 리처드 Dzhosa, 애셔 페레스, 그리고 Uilyam Vuters)은 아인슈타인 - Podolsky - 로젠로 알려진 양자 역학의 유명한 역설적 기능을 사용하여,이 논리 주위에 방법을 찾아 냈다. 그들은 정보 염력 대상물 (A)을 스캔하는 방법 및 준수 결코 접촉 전사 다른 목적의 효과를 통해 나머지 안된 부분을 발견 하였다.

이어서, C 스캔 노광 의존 정보에 적용하여 스캔하는 상태 (A)로 입력 할 수있다. 그리고 자신이 이렇게 달성, 반전 스캔 과정과 동일한 조건에없는 순간 이동이 아닌 복제입니다.

범위에 대한 투쟁

• 첫 번째 양자 순간 이동 인스부르크 대학과 로마 대학의 과학자들에 의해 거의 동시에 1997 년에 일어났다. 실험이 진행되는 동안 광자 소스는 편광을 갖는 상기 제 원래 편광 광자가 수신되도록 인탱글 된 광자의 쌍의 하나가 변경된. 따라서 두 광자는 서로 이격된다.
• 2012 년 97km의 거리에 고산 호수를 통해 일반 양자 순간 이동 (과학 기술의 중국 대학)이 있었다. 후안 Iinem가 이끄는 상하이에서 과학자의 팀은 정확하게 타겟 빔을 허용 암시 메커니즘을 개발할 수 있었다.
• 9 월, 143km에 기록 양자 순간 이동은 같은 해에 실시 하였다. 오스트리아 과학 아카데미 및 Antona Tsaylingera의 방향에 따라 비엔나 대학에서 오스트리아의 과학자들은 성공적 라 팔마 테 네리 페의 두 카나리아 제도 사이의 양자 상태를 전송하고있다. 실험 개방형 kvantumnaya 광자 소스의 전형적인 주파수 상관 편광 얽힌 두 쌍의 광 통신 선로를 사용한 단일 광자 검출기 클러치 클럭 동기화를 sverhnizkoshumnye.
• 2015 년, 처음으로 미국 국립 표준 기술 연구소의 연구진은 광섬유 이상의 100km의 거리를 통해 정보의 전송을했다. 이 몰리브덴 실리사이드의 초전도 나노 와이어를 이용하여 생성 연구소 광자 검출기 덕분에 가능 하였다.

양자 시스템이나 기술의 이상적인 아직 존재하지 않는 것이 분명 미래의 위대한 발견은 아직 오지이다. 그럼에도 불구하고, 우리는 순간 이동의 특정 응용 프로그램에 대한 가능한 후보를 식별하기 위해 시도 할 수 있습니다. 적합한 하이브리드 그들에게 일관성있는 기초를 제공 및 방법은 양자 순간 이동 및 해당 응용 프로그램에 가장 유망한 미래를 제공 할 수 있습니다.

짧은 거리

순간 이동 QED 도면이다 가장있는 양자 계산 서브 유망한 반도체 디바이스와 같은 짧은 거리 (1m). 특히, 초전도 큐 비트에서 transmonovye는 결정과 매우 정확한 순간 이동 칩을 보장 할 수 있습니다. 또한 광 칩에 문제가있는 것 같다 실시간의 직접적인 흐름을 수 있습니다. 또한, 그들은 더 확장 가능한 아키텍처, 이러한 갇혀 이온과 같은 기존 방법에 비해 기존 기술의 더 나은 통합을 제공합니다. 현재 이러한 시스템의 유일한 단점은 분명히 제한된 일관성 시간 (<100 밀리 초)입니다. 이 문제는, 반도체 회로가 데이터 저장소의 양자에 대한 긴 코 히어 런스 시간을 제공 할 수 앙상블 메모리 셀 (희토류 원소로 도핑 된 공극 또는 크리스탈 질소 치환 됨), 스핀 QED 통합을 사용하여 해결 될 수있다. 현재,이 구현은 과학계의 큰 노력에 대한 문제이다.

시 링크

우리는 도시 규모 (몇 킬로미터)에 텔레포트 광학 모드를 사용하여 개발 될 수있다. 충분히 낮은 손실에서,이 시스템은 높은 속도와 대역폭을 제공한다. 그들은 양자 메모리의 앙상블 가능한 통합 공기 또는 광 섬유상에서 동작 중거리 데스크탑 시스템 구현에서 확장 될 수있다. 장거리하지만, 낮은 속도로 하이브리드 접근 방식에 의해 또는 비 가우시안 프로세스를 기반으로 좋은 중계기를 개발함으로써 달성 될 수있다.

전기 통신

장거리 양자 순간 이동은 (km 100) 활성 영역이지만, 여전히 열려있는 문제로 겪고있다. 편광 큐 비트 - 통신의 긴 광섬유 라인을 통해 공기를 통해 저속 텔레포트를위한 최고의 항공사,하지만 순간에 프로토콜은 불완전한 감지 벨라에 확률이다.

순간 이동 확률과 엉킴 등 얽힘 및 양자 암호 증류 등의 애플리케이션에 적합하지만, 상기 입력 정보가 완전히 보존되어야하는 통신 명확 다르지만.

우리는이 확률 적 특성을 받아 들인다면, 위성의 구현은 현대 기술의 범위 내에 있습니다. 추적 방법의 통합뿐만 아니라, 주요 문제는 빔의 확산에 의해 야기되는 높은 손실이다. 이것은 얽힘이 큰 조리개와 지상 망원경으로 위성으로부터 분산 된 구성으로 극복 될 수있다. 600km 높이 지상 1m 개구 망원경 20cm 위성 개구를 가정하면, 하나의 접지 레벨 미만 80dB 감소하는 다운 링크 채널에서의 손실의 약 75dB을 기대할 수있다. 은 "지구 위성"또는 "동반자 위성"의 구현 더 복잡하다.

양자 메모리

확장 성있는 네트워크의 한 부분으로 순간 이동의 미래 사용은 양자 메모리의 통합에 직접 관련이있다. 후자는 효율성 변환 인터페이스 "방사선 물질 ', 녹화 및 읽기, 시간과 저장 용량, 높은 속도와 저장 용량의 정확도면에서 뛰어난 있어야합니다. 우선 당신이 지금까지 오류 정정 코드를 사용하여 직접 전송을 넘어 의사 소통을 향상시키기위한 중계기를 사용할 수 있습니다. 좋은 양자 메모리의 개발은 얽힘과 순간 이동 네트워크 통신을 배포 할뿐만 아니라, 저장된 정보를 처리하기 위해 연결하지 만 허용합니다. 궁극적으로,이 국제적으로 분산의 네트워크로 돌 수 있었다 양자 컴퓨터 또는 미래의 양자 인터넷을위한 기초.

유망 개발

핵 앙상블은 전통적으로 인해 전 세계적으로 빛을 전송하기 위해 필요한 100 밀리까지 될 수있는 "빛-문제"및 스토리지의 자신의 밀리 초 기간, 자신의 효율적인 전환의 매력적인 고려했다. 그러나, 고급 개발은 이제 우수한 스핀 앙상블 양자 메모리가 직접 회로 QED의 확장 가능한 아키텍처와 통합 반도체 시스템의 기초 것으로 예상된다. 이 기억은 코 히어 런스 시간 회로 QED을 연장 할 수 있지만, 또한 광통신 칩 마이크로파 광자 상호 용 광학 전자 인터페이스를 제공한다.

따라서, 양자 인터넷 분야의 과학자 향후 발견 장거리 광통신, 양자 정보 처리에 대한 복합 반도체 장치에 기초 할 가능성이있다.