Kuantum ışınlanma - Quantum teleportation

Kuantum ışınlama , bir konumdaki bir göndericiden bir miktar uzaktaki bir alıcıya kuantum bilgilerini aktarmak için bir tekniktir . Işınlanma bilimkurguda genellikle fiziksel nesneleri bir konumdan diğerine aktarmanın bir aracı olarak tasvir edilirken , kuantum ışınlama yalnızca kuantum bilgisini aktarır. Ayrıca gönderici, alıcının yerini bilmeyebilir ve hangi kuantum durumunun aktarılacağını bilemeyebilir.

Kuantum ışınlanma araştırmak için ilk bilimsel makalelerden biri tarafından yayınlanan "Teleporting klasik Çift ile bilinmeyen bir kuantum durumu ve Einstein Podolsky Rosen kanallar" olan CH Bennett , G. Brassard , C Crépeau , R. Józsa , A. Peres , ve WK Wootters , kuantum bilgisi göndermek/almak için ikili iletişim yöntemlerini kullandıkları 1993 yılında. 1997 yılında sırasıyla Sandu Popescu ve Anton Zeilinger liderliğindeki iki araştırma grubu tarafından deneysel olarak gerçekleştirilmiştir .

Kuantum ışınlanması Deneysel tespitler bilgi içeriği yapılmıştır - grup tarafından 1.400 km (870 mil) olan başarılı ışınlanma en uzun mesafe ile hem de mesafe - fotonları, atomları, elektronları ve süperiletken devreleri dahil Jian-Wei Pan kullanarak micius uydu uzay tabanlı kuantum ışınlanma için.

Kuantum ışınlamada karşılaşılan zorluklar arasında, bir kuantum durumunun tam bir kopyasını oluşturmanın imkansız olduğu sınırlamasını belirleyen klonlama yok teoremi , kuantum bilgisinin yok edilemeyeceğini belirten silinmeyen teorem , ışınlanan bilginin boyutu, miktarı, göndericinin veya alıcının ışınlanmadan önce sahip olduğu kuantum bilgisi ve ışınlanma sisteminin devrelerinde sahip olduğu gürültü.

Teknik olmayan özet

Kuantum bilgi teorisi ile ilgili konularda , mümkün olan en basit bilgi birimiyle çalışmak uygundur: iki durumlu kübit sistemi . Klasik hesaplama kısmı kuantum analog olarak qubit fonksiyonları bit , bu bir ölçüm değeri gibi hem bir 0 ve klasik bit sadece 0 olarak ölçülebilir oysa 1, ya da bir 1 kuantum iki- durum sistemi, kuantum bilgilerini, bilgiyi kaybetmeden ve bu bilginin kalitesini koruyarak bir konumdan başka bir konuma aktarmayı amaçlar. Bu işlem bilgileri taşıma içerir taşıyıcıları arasında ve olmayan hareketi , gerçek taşıyıcı bilgileri (dijital ortam, ses, yazı, vs.) aktarılırken iki parti, aksine sabit kalır olarak, iletişim geleneksel yönteme benzer şekilde, "ışınlanma" kelimesinin anlamları. Işınlanma için gereken ana bileşenler arasında bir gönderici, bilgi (bir kübit), geleneksel bir kanal, bir kuantum kanalı ve bir alıcı bulunur. İlginç bir gerçek, gönderenin gönderilen bilgilerin tam içeriğini bilmesine gerek olmamasıdır. Kuantum mekaniğinin ölçüm varsayımı -bir kuantum durumu üzerinde bir ölçüm yapıldığında, sonraki tüm ölçümler "çökecek" veya gözlemlenen durum kaybolacaktır- ışınlanma içinde bir dayatma yaratır: bir gönderici onların bilgileri üzerinde bir ölçüm yaparsa, durum, göndericinin ilk ölçümü yaptığı andan itibaren durum değiştiğinden, alıcı bilgiyi aldığında durum çökebilir.

Gerçek ışınlanma için, kübitin aktarılabilmesi için dolanık bir kuantum durumunun veya Bell durumunun oluşturulması gerekir. Dolaşıklık, iki veya daha fazla ayrı parçacığı tek bir paylaşılan kuantum durumuna yaratarak veya yerleştirerek, aksi takdirde farklı fiziksel sistemler arasında istatistiksel korelasyonlar yükler. Bu ara durum, bir bağlantı oluştururken kuantum durumları birbirine bağımlı olan iki parçacık içerir: eğer bir parçacık hareket ederse, diğer parçacık onunla birlikte hareket edecektir. Dolanıklığın bir parçacığının uğradığı herhangi bir değişiklik, diğer parçacık da bu değişime uğrayacak ve dolanık parçacıkların bir kuantum hali gibi davranmasına neden olacaktır. Bu korelasyonlar, Bell test deneylerinde doğrulandığı gibi, ölçümler birbirinden nedensel temas olmadan bağımsız olarak seçildiğinde ve yapıldığında bile geçerlidir . Böylece, uzay-zamanın bir noktasında yapılan bir ölçüm seçiminden kaynaklanan bir gözlem, ışığın henüz mesafe kat etmek için zamanı olmamasına rağmen, başka bir bölgedeki sonuçları anında etkiliyor gibi görünüyor; görünüşte özel görelilik ile çelişen bir sonuç ( EPR paradoksu ). Bununla birlikte, bu tür korelasyonlar hiçbir zaman herhangi bir bilgiyi ışık hızından daha hızlı iletmek için kullanılamaz, bu iletişimsizlik teoreminde kapsüllenmiş bir ifadedir . Bu nedenle, bir kübit eşlik eden klasik bilgi gelene kadar yeniden yapılandırılamayacağından, bir bütün olarak ışınlanma asla süper parlak olamaz.

Gönderici daha sonra parçacığı (veya bilgiyi) kübitte hazırlayacak ve ara durumun dolaşmış parçacıklarından biriyle birleşerek dolaşmış kuantum durumunda bir değişikliğe neden olacaktır. Dolanık parçacığın değişen durumu, dolaşık haldeki bu değişikliği ölçecek olan bir analizöre gönderilir. "Değişiklik" ölçümü, alıcının, gönderenin sahip olduğu orijinal bilgileri yeniden oluşturmasına olanak tanıyacak ve bu da bilginin farklı konumlara sahip iki kişi arasında ışınlanması veya taşınmasıyla sonuçlanacaktır. İlk kuantum bilgisi, dolaşıklık durumunun bir parçası haline geldiğinde "yok edildiğinden", bilgi dolaşık halden yeniden oluşturulduğu ve ışınlanma sırasında kopyalanmadığı için klonlama yok teoremi korunur.

Kuantum kanal tüm kuantum bilgi iletimi için kullanılan ve ışınlamanın için kullanılan kanal (geleneksel iletişim kanalına kuantum kanalının ilişki klasik bit kuantum analog olan QuBit benzer olan) bir iletişim mekanizmasıdır. Ancak, kuantum kanalına ek olarak, kuantum bilgisini "korumak" için bir kübite eşlik etmek için geleneksel bir kanal da kullanılmalıdır. Orijinal kübit ile dolanık parçacık arasındaki değişim ölçümü yapıldığında, kuantum bilgisinin yeniden yapılandırılabilmesi ve alıcının orijinal bilgiyi alabilmesi için ölçüm sonucunun geleneksel bir kanal tarafından taşınması gerekir. Geleneksel kanala olan bu ihtiyaç nedeniyle, ışınlanma hızı ışık hızından daha hızlı olamaz (dolayısıyla iletişimsizlik teoremi ihlal edilmez). Bunun ana avantajı, Bell durumlarının, fiziksel kablolar veya optik fiberler aracılığıyla bilgi göndermeye gerek kalmadan açık alan yoluyla ışınlanmayı mümkün kılan lazerlerden gelen fotonlar kullanılarak paylaşılabilmesidir .

Kuantum durumları atomların çeşitli serbestlik derecelerinde kodlanabilir. Örneğin, kübitler, atom çekirdeğini çevreleyen elektronların serbestlik derecelerinde veya çekirdeğin kendisinin serbestlik derecelerinde kodlanabilir . Bu nedenle, bu tür bir ışınlanmanın gerçekleştirilmesi, alıcı bölgede, üzerlerine kübitlerin basılmasına uygun bir atom stoku gerektirir.

2015 itibariyle, tek fotonların, foton modlarının, tek atomların, atomik toplulukların, katılardaki kusur merkezlerinin, tek elektronların ve süper iletken devrelerin kuantum durumları bilgi taşıyıcıları olarak kullanılmıştır.

Kuantum ışınlamasını anlamak, sonlu boyutlu lineer cebir , Hilbert uzayları ve izdüşüm matrislerinde iyi bir topraklama gerektirir . Bir kübit, aşağıda verilen biçimsel manipülasyonların birincil temeli olan iki boyutlu karmaşık sayı değerli vektör uzayı (bir Hilbert uzayı) kullanılarak tanımlanır. Kuantum ışınlanmasının matematiğini anlamak için kuantum mekaniğinin çalışan bir bilgisi kesinlikle gerekli değildir, ancak böyle bir tanıdık olmadan denklemlerin daha derin anlamı oldukça gizemli kalabilir.

Protokol

Kuantum ışınlaması için gereken kaynaklar , iki klasik biti iletebilen bir iletişim kanalıdır , dolanık bir Bell kübit durumu oluşturma ve iki farklı konuma dağıtma , Bell durumu kübitlerinden birinde bir Bell ölçümü gerçekleştirme ve kuantumu manipüle etme aracıdır. çiftteki diğer kübitin durumu. Elbette, ışınlanacak bir miktar girdi kübiti de (kuantum durumunda ) olmalıdır. Protokol aşağıdaki gibidir o zaman: ${\displaystyle |\phi \rangle }$

1. Bir kübit A konumuna ve diğeri B konumuna gönderilerek bir Bell durumu oluşturulur.
2. Bell durumu kübitinin ve ışınlanacak kübitin ( ) bir Bell ölçümü A konumunda gerçekleştirilir. Bu, iki klasik bilgi bitinde kodlanabilen dört ölçüm sonucundan birini verir. A konumundaki her iki kübit daha sonra atılır.${\displaystyle |\phi \rangle }$
3. Klasik kanalı kullanarak, iki bit A'dan B'ye gönderilir. (Bilgi aktarımı ışık hızıyla sınırlandığından, bu adım 1'den sonra potansiyel olarak zaman alan tek adımdır.)
4. A konumunda gerçekleştirilen ölçüm sonucunda, B konumundaki Bell durumu kübiti dört olası durumdan birindedir. Bu dört olası durumdan biri orijinal kuantum durumuyla aynıdır ve diğer üçü yakından ilişkilidir. Gerçekte elde edilen durumun kimliği iki klasik bitte kodlanır ve B konumuna gönderilir. B konumundaki Bell durum kübiti daha sonra üç yoldan biriyle değiştirilir veya hiç değiştirilmez , bu da durumla özdeş bir kübit ile sonuçlanır. Işınlanma için seçilen kübitin${\displaystyle |\phi \rangle }$${\displaystyle |\phi \rangle }$

Yukarıdaki protokolün, kübitlerin ayrı ayrı adreslenebilir olduğunu varsaydığını, yani kübitlerin ayırt edilebilir ve fiziksel olarak etiketlendiğini varsaydığını belirtmekte fayda var. Bununla birlikte, dalga fonksiyonlarının uzamsal örtüşmesi nedeniyle iki özdeş kübitin ayırt edilemediği durumlar olabilir. Bu koşul altında, kübitler tek tek kontrol edilemez veya ölçülemez. Bununla birlikte, yukarıda açıklanana benzer bir ışınlanma protokolü, bir başlangıç ​​Bell durumuna gerek kalmadan bağımsız olarak hazırlanmış iki kübit kullanılarak (şartlı olarak) uygulanabilir. Bu, iki ayırt edilemez kübitin dalga fonksiyonları tarafından paylaşılan, ayrılmış A ve B bölgelerinde gerçekleştirilen uzamsal olarak lokalize ölçümlerle kübitlerin iç serbestlik derecelerini (örneğin, dönüşler veya polarizasyonlar) ele alarak yapılabilir.

Deneysel sonuçlar ve kayıtlar

1998'deki çalışma ilk tahminleri doğruladı ve ışınlanma mesafesi Ağustos 2004'te optik fiber kullanılarak 600 metreye çıkarıldı . Daha sonra, kuantum ışınlanma için rekor mesafe kademeli olarak 16 kilometreye (9,9 mi), ardından 97 km'ye (60 mi) yükseltildi ve şimdi Kanarya Adaları'ndaki açık hava deneylerinde belirlenen 143 km (89 mi) yapıldı. iki arasındaki astronomik gözlemevleri arasında Instituto de astrofisica de Canarias . Optik fiber üzerinden 102 km (63 mil) mesafeye ulaşan süper iletken nanotel dedektörleri kullanan yeni bir rekor (Eylül 2015 itibariyle) olmuştur. Malzeme sistemleri için kayıt mesafesi 21 metredir (69 ft).

Alıcıları birden fazla yerde bulunan "açık hedef" ışınlama adı verilen bir ışınlanma çeşidi, 2004'te beş foton dolaşıklığı kullanılarak gösterildi. İki tek kübitin bileşik halinin ışınlanması da gerçekleştirilmiştir. Nisan 2011'de, deneyciler, klasik olmayan süperpozisyon durumlarını korurken, 10 MHz bant genişliğine kadar ışık dalga paketlerinin ışınlanmasını gösterdiklerini bildirdiler. Ağustos 2013'te, hibrit bir teknik kullanarak "tamamen deterministik" kuantum ışınlamasının başarıldığı bildirildi. 29 Mayıs 2014'te bilim adamları, kuantum ışınlama yoluyla veri aktarmanın güvenilir bir yolunu açıkladılar. Verilerin kuantum ışınlanması daha önce ama oldukça güvenilmez yöntemlerle yapılmıştı. 26 Şubat 2015'te, Chao-yang Lu ve Jian-Wei Pan liderliğindeki Hefei'deki Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'ndeki bilim adamları, bir kuantum parçacığının birden çok serbestlik derecesini ışınlayan ilk deneyi gerçekleştirdiler. Kuantum bilgisini, dolaşmış fotonları kullanarak 150 metre (490 ft) bir mesafede rubidyum atomları topluluğundan başka bir rubidyum atomları topluluğuna ışınlamayı başardılar. 2016 yılında araştırmacılar, Hefei optik fiber ağında 6,5 ​​km (4,0 mi) ile ayrılan iki bağımsız kaynakla kuantum ışınlanma gösterdiler. Eylül 2016'da, Calgary Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, Calgary metropolitan fiber ağı üzerinden 6,2 km (3,9 mil) mesafede kuantum ışınlanma gösterdiler. Aralık 2020'de INQNET işbirliğinin bir parçası olarak araştırmacılar, %90'ı aşan doğrulukla toplam 44 km'lik (27,3 mi) bir mesafede kuantum ışınlanma elde ettiler.

Araştırmacılar ayrıca, gaz bulutları makroskopik atomik topluluklar olduğu için, gaz atomlarının bulutları arasında bilgi iletmek için kuantum ışınlamayı başarıyla kullandılar.

2018'de Yale'deki fizikçiler, mantıksal olarak kodlanmış kübitler arasında deterministik bir ışınlanmış CNOT işlemi gösterdiler .

İlk olarak 1993'te teorik olarak önerilen kuantum ışınlanma, o zamandan beri birçok farklı kılıkta gösterildi. Diğer kuantum nesnelerin yanı sıra tek bir fotonun, tek bir atomun ve sıkışmış bir iyonun iki seviyeli durumları ve ayrıca iki foton kullanılarak gerçekleştirilmiştir. 1997'de iki grup deneysel olarak kuantum ışınlamayı başardı. Sandu Popescu liderliğindeki ilk grup İtalya merkezliydi. Birkaç ay sonra Anton Zeilinger liderliğindeki bir deney grubu izledi.

Popescu'nun grubu tarafından yapılan deneylerden elde edilen sonuçlar, klasik kanalların tek başına lineer polarize durumun ve eliptik olarak polarize durumun ışınlanmasını kopyalayamayacağı sonucuna varmıştır. Bell durumu ölçümü, ideal bir temsilde %100 başarı oranına izin verebilen dört Bell durumu arasında ayrım yaptı.

Zeilinger'in grubu, parametrik aşağı-dönüştürme sürecini uygulayarak bir çift dolaşık foton üretti. İki fotonun varış zamanlarına göre ayırt edilememesini sağlamak için fotonlar, darbeli bir pompa ışını kullanılarak üretildi. Fotonlar daha sonra, pompa darbesinin uzunluğundan çok daha uzun bir tutarlılık süresi üretmek için dar bant genişlikli filtrelerden gönderildi. Daha sonra, bir fotondan diğerine aktarıldığında kuantum özelliğinin tanınabilmesi için dolaşıklığı analiz etmek için iki foton interferometri kullandılar.

Foton 1, Zeilinger'in grubu tarafından gerçekleştirilen ilk deneyde 45°'de polarize edildi. Kuantum ışınlanması, her iki foton da , %25 olasılığı olan durumda tespit edildiğinde doğrulanır . Işın ayırıcının arkasına iki dedektör, f1 ve f2 yerleştirilmiştir ve çakışmanın kaydedilmesi durumu tanımlayacaktır . f1 ve f2 dedektörleri arasında bir çakışma varsa, foton 3'ün 45° açıyla polarize olduğu tahmin edilir. Foton 3, +45° ve -45° polarizasyonu seçen bir polarize edici ışın ayırıcıdan geçirilir. Kuantum ışınlaması gerçekleşmişse, yalnızca +45° çıkışında olan d2 detektörü bir algılama kaydeder. -45 ° çıkışta bulunan dedektör d1, bir foton algılamayacaktır. 45° analiziyle d2f1f2 arasında bir çakışma varsa ve -45° analiziyle d1f1f2 çakışmasının olmaması durumunda, polarize foton 1'den gelen bilgilerin kuantum ışınlama kullanılarak foton 3'e ışınlandığının kanıtıdır. ${\displaystyle |\Psi ^{-}\rangle _{12}}$${\displaystyle |\Psi ^{-}\rangle _{12}}$

143 km'den fazla kuantum ışınlaması

Zeilinger'in grubu, 143 kilometreden fazla bir mesafe olan La Palma Kanarya Adaları ve Tenerife arasında gerçek zamanlı aktif ileri besleme ve kuantum ve klasik iki serbest uzay optik bağlantısı kullanarak bir deney geliştirdi. Işınlamayı başarmak için, frekansla ilişkisiz polarizasyonla dolanık foton çifti kaynağı, ultra düşük gürültülü tek foton detektörleri ve dolaşma destekli saat senkronizasyonu uygulandı. Yardımcı durumu paylaşmak için iki konum birbirine karışmıştı:

${\displaystyle |\Psi ^{-}\rangle _{23}={\frac {1}{\surd 2}}((|H\rangle _{2}|V\rangle _{3})-( |D\rangle _{2}|H\rangle _{3}))}$

La Palma ve Tenerife, kuantum karakterleri Alice ve Bob ile karşılaştırılabilir. Alice ve Bob, foton 2'nin Alice ile ve foton 3'ün Bob'la birlikte olduğu, yukarıdaki dolaşmış durumu paylaşırlar. Üçüncü bir taraf, Charlie, genelleştirilmiş polarizasyon durumunda Alice'e ışınlanacak olan foton 1'i (giriş fotonu) sağlar:

${\displaystyle |\phi \rangle _{1}=\alpha |H\rangle _{1}+\beta |V\rangle _{1}}$

burada karmaşık sayılar ve Alice veya Bob tarafından bilinmiyor. ${\görüntüleme stili \alfa }$${\görüntüleme stili \beta }$

Alice, iki fotonu, her biri %25 olasılıkla dört Bell durumundan birine rastgele yansıtan bir Bell-durumu ölçümü (BSM) gerçekleştirecektir. Foton 3 , giriş durumuna yansıtılacaktır . Alice, BSM'nin sonucunu klasik kanal aracılığıyla Bob'a iletir; burada Bob, foton 1'in ilk durumunda foton 3'ü elde etmek için ilgili üniter işlemi uygulayabilir. Bob, durumu tespit ederse hiçbir şey yapması gerekmeyecektir . Durum tespit edilirse Bob'un yatay ve dikey bileşen arasındaki foton 3'e bir faz kayması uygulaması gerekecektir . ${\displaystyle |\phi \rangle }$${\displaystyle |\psi ^{-}\rangle _{12}}$${\görüntüleme stili\pi }$${\displaystyle |\psi ^{+}\rangle _{12}}$

Zeilinger grubunun sonuçları, ortalama aslına uygunluğun (ölçülen yoğunluk matrisi ile ideal ışınlanmış durumun örtüşmesi) 0,038 standart sapma ile 0,863 olduğu sonucuna varmıştır. Deneyleri sırasında bağlantı zayıflaması, kuvvetli rüzgarlar ve hızlı sıcaklık değişimlerinin bir sonucu olarak 28.1 dB ile 39.0 dB arasında değişiyordu. Kuantum boş alan kanalındaki yüksek kayba rağmen, ortalama aslına uygunluk klasik 2/3 sınırını aştı. Bu nedenle, Zeilinger'in grubu, 143 km'lik bir mesafede kuantum ışınlanmayı başarıyla gösterdi.

Tuna Nehri boyunca kuantum ışınlanma

2004 yılında, Viyana'daki Tuna Nehri boyunca toplam 600 metrelik bir kuantum ışınlanma deneyi yapıldı. 800 metre uzunluğunda bir fiber optik tel, Tuna Nehri'nin altına bir kamu kanalizasyon sistemine yerleştirildi ve sıcaklık değişimlerine ve diğer çevresel etkilere maruz kaldı. Alice, dolanık foton çiftinin (fotonlar c ve d) kendi parçası olan foton b, giriş foton ve foton c üzerinde ortak bir Bell durum ölçümü (BSM) yapmalıdır. Bob'un alıcı fotonu olan Photon d, Alice'in gözlemlediği duruma bağlı olan bir faz dönüşü dışında, girdi fotonu b üzerindeki tüm bilgileri içerecektir. Bu deney, Alice'in giriş fotonunu tam olarak kopyalamak için, hızlı bir elektro-optik modülatörlü klasik bir mikrodalga kanalı aracılığıyla Alice'in ölçüm sonuçlarını gönderen aktif bir ileri besleme sistemi uyguladı. 45°'de lineer polarizasyon durumundan elde edilen ışınlanma doğruluğu, 0.84 ile 0.90 arasında değişmiştir ve bu, 0.66'lık klasik doğruluk sınırının oldukça üzerindedir.

Atomlarla deterministik kuantum ışınlanma

Bu işlem için üç kübit gereklidir: göndericiden gelen kaynak kübit, yardımcı kübit ve alıcının yardımcı kübit ile maksimum düzeyde dolaşmış olan hedef kübiti. Bu deney için, kübit olarak iyonlar kullanıldı. İyon 2 ve 3 Bell durumunda hazırlanır . İyon 1'in durumu keyfi olarak hazırlanır. İyon 1 ve 2'nin kuantum durumları, belirli bir dalga boyunda ışıkla aydınlatılarak ölçülür. Bu deney için elde edilen aslına uygunluk %73 ile %76 arasında değişmiştir. Bu, tamamen klasik kaynaklar kullanılarak elde edilebilecek maksimum olası ortalama %66.7'lik aslına uygunluktan daha büyüktür. ${\ Displaystyle {\ce {^{40}Ca+}}}$${\displaystyle |\psi ^{+}\rangle _{23}={\frac {1}{\sqrt {2}}}(|0\rangle _{2}|1\rangle _{3}+| 1\rangle _{2}|0\rangle _{3})}$

Yerden uyduya kuantum ışınlama

Bu deneyde ışınlandı kuantum devlet varlıktır nerede ve bilinmeyen kompleks sayılardır yatay polarizasyon durumunu temsil eder ve dikey polarizasyon durumunu temsil eder. Bu durumda hazırlanan kübit, Tibet, Ngari'deki bir laboratuvarda üretilir. Amaç, kübitin kuantum bilgilerini 16 Ağustos 2016'da yaklaşık 500 km yükseklikte fırlatılan Micius uydusuna ışınlamaktı. Foton 1 ve 2 üzerinde bir Bell durum ölçümü yapıldığında ve elde edilen durum , foton 3 bu istenen durumu taşır. Algılanan Bell durumu ise , istenen kuantum durumunu elde etmek için duruma bir faz kayması uygulanır. Yer istasyonu ile uydu arasındaki mesafe 500 km'den 1400 km'ye kadar değişmektedir. Değişen mesafe nedeniyle, yukarı bağlantının kanal kaybı 41 dB ile 52 dB arasında değişir. Bu deneyden elde edilen ortalama aslına uygunluk, 0,01 standart sapma ile 0,80 olmuştur. Bu nedenle, bu deney, kuantum ışınlanma kullanarak 500-1400 km'lik bir mesafe boyunca yerden uyduya yer-uydu bağlantısını başarıyla kurdu. Bu, küresel ölçekte bir kuantum internet yaratma yolunda önemli bir adımdır. ${\displaystyle |\chi \rangle _{1}=\alpha |H\rangle _{1}+\beta |V\rangle _{1}}$${\görüntüleme stili \alfa }$${\görüntüleme stili \beta }$${\displaystyle |H\range }$${\displaystyle |D\rangle }$${\displaystyle |\phi ^{+}\rangle _{12}={\frac {1}{\sqrt {2}}}(|H\rangle _{1}|H\rangle _{2}+| D\rangle _{1}|D\rangle _{2}))}$${\displaystyle |\phi ^{-}\rangle _{12}={\frac {1}{\sqrt {2}}}(|H\rangle _{1}|H\rangle _{2}-| D\rangle _{1}|D\rangle _{2})}$${\görüntüleme stili\pi }$

resmi sunum

Işınlama protokolünün matematiksel olarak yazılabileceği çeşitli yollar vardır. Bazıları çok kompakt ama soyut, bazıları ise ayrıntılı ama basit ve somut. Aşağıdaki sunum ikinci biçimdedir: ayrıntılı, ancak her bir kuantum durumunu basit ve doğrudan gösterme avantajına sahiptir. Daha sonraki bölümlerde daha kompakt gösterimler gözden geçirilir.

Işınlama protokolü , Alice'in sahip olduğu ve Bob'a iletmek istediği bir kuantum durumu veya kübit ile başlar . Bu kübit genel olarak bra-ket notasyonu ile şu şekilde yazılabilir : ${\ Displaystyle |\psi \rangle }$

${\displaystyle |\psi \rangle _{C}=\alpha |0\rangle _{C}+\beta |1\rangle _{C}.}$

Yukarıdaki C alt indisi yalnızca bu durumu aşağıdaki A ve B'den ayırmak için kullanılır .

Daha sonra, protokol, Alice ve Bob'un maksimum düzeyde dolaşık bir durumu paylaşmalarını gerektirir. Bu durum, Alice ve Bob arasındaki karşılıklı anlaşma ile önceden belirlenir ve gösterilen dört Bell durumundan herhangi biri olabilir . Hangisi olduğu önemli değil.

${\displaystyle |\Phi ^{+}\rangle _{AB}={\frac {1}{\sqrt {2}}}(|0\rangle _{A}\otimes |0\rangle _{B} +|1\rangle _{A}\otimes |1\rangle _{B})}$,

${\displaystyle |\Psi ^{+}\rangle _{AB}={\frac {1}{\sqrt {2}}}(|0\rangle _{A}\otimes |1\rangle _{B} +|1\rangle _{A}\otimes |0\rangle _{B})}$,

${\displaystyle |\Psi ^{-}\rangle _{AB}={\frac {1}{\sqrt {2}}}(|0\rangle _{A}\otimes |1\rangle _{B} -|1\rangle _{A}\otimes |0\rangle _{B})}$.

${\displaystyle |\Phi ^{-}\rangle _{AB}={\frac {1}{\sqrt {2}}}(|0\rangle _{A}\otimes |0\rangle _{B} -|1\rangle _{A}\otimes |1\rangle _{B})}$,

Aşağıda, Alice ve Bob'un, Alice'in ikilideki parçacıklardan birini elde ettiği ve diğerinin Bob'a gittiği durumu paylaştığını varsayalım . (Bu, parçacıkları birlikte hazırlayarak ve ortak bir kaynaktan onları Alice ve Bob'a çekerek gerçekleştirilir.) Dolanık durumdaki A ve B alt simgeleri , Alice'in veya Bob'un parçacığına atıfta bulunur. ${\displaystyle |\Phi ^{+}\rangle _{AB}.}$

Bu noktada Alice'in iki parçacığı vardır ( ışınlamak istediği C ve dolanık çiftlerden biri olan A ) ve Bob'un bir parçacığı B vardır . Toplam sistemde, bu üç parçacığın durumu şu şekilde verilir:

${\displaystyle |\psi \rangle _{C}\otimes |\Phi ^{+}\rangle _{AB}=(\alpha |0\rangle _{C}+\beta |1\rangle _{C} )\otimes {\frac {1}{\sqrt {2}}}(|0\rangle _{A}\otimes |0\rangle _{B}+|1\rangle _{A}\otimes |1\ aralık _{B}).}$

Daha sonra Alice, sahip olduğu iki parçacık üzerinde Bell bazında (yani dört Bell durumu) yerel bir ölçüm yapacaktır. Ölçümünün sonucunu netleştirmek için, Alice'in iki kübitinin durumunu Bell bazının süperpozisyonları olarak yazmak en iyisidir. Bu, kolayca doğrulanabilen aşağıdaki genel kimlikler kullanılarak yapılır:

${\displaystyle |0\rangle \otimes |0\rangle ={\frac {1}{\sqrt {2}}}(|\Phi ^{+}\rangle +|\Phi ^{-}\rangle ), }$

${\displaystyle |0\rangle \otimes |1\rangle ={\frac {1}{\sqrt {2}}}(|\Psi ^{+}\rangle +|\Psi ^{-}\rangle ), }$

${\displaystyle |1\rangle \otimes |0\rangle ={\frac {1}{\sqrt {2}}}(|\Psi ^{+}\rangle -|\Psi ^{-}\rangle ), }$

ve

${\displaystyle |1\rangle \otimes |1\rangle ={\frac {1}{\sqrt {2}}}(|\Phi ^{+}\rangle -|\Phi ^{-}\rangle ). }$

ifadesini genişlettikten sonra , bu kimlikler A ve C alt simgeli kübitlere uygulanır . Özellikle,${\textstyle {\begin{hizalanmış}|&\psi \rangle _{C}\otimes \ |\Phi ^{+}\rangle _{AB}\end{hizalı}}}$

ve diğer terimler benzer şekilde takip eder. Benzer terimleri birleştirerek, A , B ve C'nin toplam üç parçacık durumu birlikte aşağıdaki dört terimli süperpozisyon olur:

${\displaystyle {\begin{aligned}|&\psi \rangle _{C}\otimes \ |\Phi ^{+}\rangle _{AB}\ =\\{\frac {1}{2}}{ \Big \lbrack }\ &|\Phi ^{+}\rangle _{CA}\otimes (\alpha |0\rangle _{B}+\beta |1\rangle _{B})\ +\ |\ Phi ^{-}\rangle _{CA}\otimes (\alpha |0\rangle _{B}-\beta |1\rangle _{B})\\\ +\ &|\Psi ^{+}\ rangle _{CA}\otimes (\alpha |1\rangle _{B}+\beta |0\rangle _{B})\ +\ |\Psi ^{-}\rangle _{CA}\otimes (\ alpha |1\rangle _{B}-\beta |0\rangle _{B}){\Big \rbrack }.\\\end{hizalı}}}$

Hiçbir işlem yapılmadığından üç parçacığın da hala aynı toplam durumda olduğuna dikkat edin. Aksine, yukarıdakiler, sistemin Alice'in kısmındaki bir temel değişikliğidir. Gerçek ışınlanma, Alice iki kübiti A,C'yi Bell bazında ölçtüğünde gerçekleşir.

${\displaystyle |\Phi ^{+}\rangle _{CA},|\Phi ^{-}\rangle _{CA},|\Psi ^{+}\rangle _{CA},|\Psi ^{ -}\rangle _{CA}.}$

Eşdeğer olarak, ölçüm , sağdaki şekildeki kuantum devresi ile her bir Bell durumunu benzersiz bir şekilde birine eşleyerek , hesaplama temelinde yapılabilir . ${\displaystyle \{|0\rangle ,|1\rangle \}}$${\displaystyle \{|0\rangle \otimes |0\rangle ,|0\rangle \otimes |1\rangle ,|1\rangle \otimes |0\rangle ,|1\rangle \otimes |1\rangle \} }$

Deneysel olarak, bu ölçüm, iki parçacığa yönlendirilen bir dizi lazer darbesi yoluyla elde edilebilir. Yukarıdaki ifade göz önüne alındığında, Alice'in (yerel) ölçümünün sonucu, açık bir şekilde, üç parçacık durumunun aşağıdaki dört durumdan birine çökeceğidir (her birinin eşit olasılıkla elde edilmesiyle):

• ${\displaystyle |\Phi ^{+}\rangle _{CA}\otimes (\alpha |0\rangle _{B}+\beta |1\rangle _{B})}$
• ${\displaystyle |\Phi ^{-}\rangle _{CA}\otimes (\alpha |0\rangle _{B}-\beta |1\rangle _{B})}$
• ${\displaystyle |\Psi ^{+}\rangle _{CA}\otimes (\alpha |1\rangle _{B}+\beta |0\rangle _{B})}$
• ${\displaystyle |\Psi ^{-}\rangle _{CA}\otimes (\alpha |1\rangle _{B}-\beta |0\rangle _{B})}$

Alice'in iki parçacığı şimdi dört Bell durumundan birinde birbirine dolanmıştır ve başlangıçta Alice'in ve Bob'un parçacıkları arasında paylaşılan dolaşma artık kırılmıştır. Bob'un parçacığı, yukarıda gösterilen dört süperpozisyon durumundan birini alır. Bob'un kübitinin şimdi nasıl ışınlanacak duruma benzeyen bir durumda olduğuna dikkat edin. Bob'un kübiti için olası dört durum, ışınlanacak durumun üniter görüntüleridir.

Alice'in Bell ölçümünün sonucu ona sistemin yukarıdaki dört durumdan hangisinde olduğunu söyler. Artık sonucunu klasik bir kanal aracılığıyla Bob'a gönderebilir. İki klasik bit, elde ettiği dört sonuçtan hangisini iletebilir.

Bob, Alice'den mesajı aldıktan sonra, parçacığının dört halden hangisinde olduğunu bilecektir. Bu bilgiyi kullanarak parçacığı üzerinde, onu istenen duruma dönüştürmek için üniter bir işlem gerçekleştirir : ${\displaystyle \alpha |0\rangle _{B}+\beta |1\rangle _{B}}$

• Alice sonucunun ' olduğunu belirtirse , Bob kübitinin zaten istenen durumda olduğunu bilir ve hiçbir şey yapmaz. Bu, önemsiz üniter işlem, kimlik operatörü anlamına gelir.${\displaystyle |\Phi ^{+}\rangle _{CA}}$
• Mesaj şunu gösteriyorsa , Bob kübitini Pauli matrisi tarafından verilen üniter kuantum kapısından gönderecektir.${\displaystyle |\Phi ^{-}\rangle _{CA}}$

${\displaystyle \sigma _{3}={\başlangıç{bmatrix}1&0\\0&-1\son{bmatrix}}}$

devleti kurtarmak için

• Alice'in mesajı karşılık geliyorsa , Bob kapıyı uygular${\displaystyle |\Psi ^{+}\rangle _{CA}}$

${\displaystyle \sigma _{1}={\başlangıç{bmatrix}0&1\\1&0\end{bmatrix}}}$

onun kubitine.

• Son olarak, kalan durum için uygun kapı şu şekilde verilir:

${\displaystyle \sigma _{3}\sigma _{1}=-\sigma _{1}\sigma _{3}=i\sigma _{2}={\begin{bmatrix}0&1\\-1&0\ bitiş{bmatris}}.}$

Işınlanma bu şekilde sağlanır. Yukarıda bahsedilen üç kapı , bir kübitin Bloch küre resminde uygun eksenler (X, Y ve Z) etrafındaki π radyanlarının (180°) dönüşlerine karşılık gelir .

Bazı açıklamalar:

• Bu işlemden sonra, Bob'un kübiti durumu üstlenecek ve Alice'in kübiti dolanık bir durumun (tanımsız) bir parçası haline gelecektir . Işınlanma, kübitlerin kopyalanmasıyla sonuçlanmaz ve bu nedenle klonlama yok teoremi ile tutarlıdır .${\displaystyle |\psi \rangle _{B}=\alpha |0\rangle _{B}+\beta |1\rangle _{B}}$
• Madde veya enerji aktarımı söz konusu değildir. Alice'in parçacığı fiziksel olarak Bob'a taşınmamıştır; sadece durumu aktarılmıştır. Bennett, Brassard, Crépeau, Jozsa, Peres ve Wootters tarafından ortaya atılan "ışınlanma" terimi, kuantum mekaniksel parçacıkların ayırt edilemezliğini yansıtır.
• Işınlanan her kübit için, Alice'in Bob'a iki klasik bilgi parçası göndermesi gerekir. Bu iki klasik bit, ışınlanmakta olan kübit hakkında tam bilgi taşımaz. Bir dinleyici iki biti yakalarsa, istenen durumu kurtarmak için Bob'un ne yapması gerektiğini tam olarak bilebilir. Bununla birlikte, Bob'un sahip olduğu dolaşık parçacıkla etkileşime giremezse bu bilgi işe yaramaz.

alternatif gösterimler

Işınlanma protokolünü tanımlayan, kullanımda olan çeşitli farklı gösterimler vardır. Yaygın olanlardan biri, kuantum kapılarının gösterimini kullanmaktır . Yukarıdaki türetmede, temel değişimi olan (standart ürün bazından Bell bazına) üniter dönüşüm, kuantum kapıları kullanılarak yazılabilir. Doğrudan hesaplama, bu kapının verildiğini gösterir.

${\displaystyle G=(H\otimes I)\;C_{N}}$

burada , H , bir qubit olan Walsh-Hadamard kapısı ve bir kontrol edilmez kapısı . ${\görüntüleme stili C_{N}}$

Dolaşma değişimi

Işınlanma sadece saf durumlara değil, aynı zamanda dolaşmış bir çiftin tek bir alt sisteminin durumu olarak kabul edilebilecek karma durumlara da uygulanabilir . Sözde dolaşıklık takası basit ve açıklayıcı bir örnektir.

Alice ve Bob dolanık bir çifti paylaşırsa ve Bob parçacığını Carol'a ışınlarsa, o zaman Alice'in parçacığı şimdi Carol'ın parçacığıyla dolaşmış demektir. Bu duruma simetrik olarak da şu şekilde bakılabilir:

Alice ve Bob birbirine dolanmış bir çifti paylaşıyor ve Bob ve Carol farklı bir dolaşmış çifti paylaşıyor. Şimdi Bob'un Bell bazında iki parçacığı üzerinde projektif bir ölçüm yapmasına ve sonucu Carol'a iletmesine izin verin. Bu eylemler tam olarak yukarıda Bob'un ilk parçacığıyla, yani ışınlanacak durum olarak Alice'in parçacığıyla dolaşmış olan ışınlanma protokolüdür. Carol protokolü bitirdiğinde, artık ışınlanma durumuna sahip bir parçacığı vardır, bu, Alice'in parçacığıyla dolanık bir durumdur. Böylece, Alice ve Carol hiçbir zaman birbirleriyle etkileşime girmemiş olsalar da, parçacıkları artık birbirine dolanmıştır.

Dolanıklık değiş tokuşunun ayrıntılı bir şematik türevi Bob Coecke tarafından verilmiş , kategorik kuantum mekaniği terimleriyle sunulmuştur .

Bell çiftlerini değiştirmek için algoritma

Dolaşıklık takasının önemli bir uygulaması, karışık dağıtılmış kuantum ağlarında kullanılmak üzere Bell durumlarının dağıtılmasıdır . Dolanıklık takas protokolünün teknik bir açıklaması burada saf çan durumları için verilmiştir.

1. Alice ve Bob yerel olarak bilinen Bell çiftlerini hazırlarlar ve bu ilk durumla sonuçlanır:
   ${\displaystyle |\psi \rangle _{\rm {in}}=|\Phi ^{+}\rangle _{A_{1},A_{2}}|\Phi ^{+}\rangle _{B_ {1},B_{2}}}$
2. Alice , üçüncü bir taraf Carol'a kübit gönderir${\görüntüleme stili A_{1}}$
3. Bob , Carol'a kübit gönderir${\görüntüleme stili B_{1}}$
4. Carol ve arasında bir Bell projeksiyonu gerçekleştirir ve bu, şans eseri ölçüm sonucuyla sonuçlanır:${\görüntüleme stili A_{1}}$${\görüntüleme stili B_{1}}$
   ${\displaystyle \langle \Phi ^{+}|_{A_{1},B_{1}}|\psi \rangle _{\rm {in}}=|\Phi ^{+}\rangle _{A_ {2},B_{2}}}$
5. Diğer üç Bell projeksiyon sonucu durumunda, Pauli operatörleri tarafından verilen yerel düzeltmeler, Carol ölçüm sonuçlarını ilettikten sonra Alice ve/veya Bob tarafından yapılır.
   ${\displaystyle \langle \Phi ^{-}|_{A_{1},B_{1}}|\psi \rangle _{\rm {in}}={\hat {Z}}_{B_{2 }}|\Phi ^{+}\rangle _{A_{2},B_{2}}}$
   ${\displaystyle \langle \Psi ^{+}|_{A_{1},B_{1}}|\psi \rangle _{\rm {in}}={\hat {X}}_{B_{2 }}|\Phi ^{+}\rangle _{A_{2},B_{2}}}$
   ${\displaystyle \langle \Psi ^{-}|_{A_{1},B_{1}}|\psi \rangle _{\rm {in}}={\hat {X}}_{B_{2 }}{\hat {Z}}_{B_{2}}|\Phi ^{+}\rangle _{A_{2},B_{2}}}$
6. Alice ve Bob'un artık kübitler arasında bir Bell çifti var ve${\ Displaystyle A_{2}}$${\ Displaystyle B_{2}}$
   ${\displaystyle |\psi \rangle _{\rm {out}}=|\Phi ^{+}\rangle _{A_{2},B_{2}}}$

Işınlanma protokolünün genellemeleri

Yukarıda açıklanan bir kübit için temel ışınlanma protokolü, özellikle ışınlanan sistemin boyutu ve ilgili tarafların sayısı (gönderici, kontrolör veya alıcı olarak) ile ilgili olarak çeşitli yönlerde genelleştirilmiştir.

d -boyutlu sistemler

Düzeyli sistemlere genelleme ( qudits olarak adlandırılır ) açıktır ve Bennett ve diğerleri tarafından orijinal makalede zaten tartışılmıştır . : iki kübitin maksimum dolanık hali, iki kübitin maksimum dolanık durumu ve Bell ölçümü maksimum dolanık ortonormal temel ile tanımlanan bir ölçüm ile değiştirilmelidir. Bu tür olası tüm genellemeler 2001 yılında Werner tarafından tartışıldı. Sonsuz boyutlu sözde sürekli değişken sistemlere genelleme önerildi ve koşulsuz olarak çalışan ilk ışınlanma deneyine yol açtı. ${\görüntüleme stili d}$

Çok parçalı sürümler

İki parçalı maksimum dolaşmış durum yerine çok parçalı dolaşık durumların kullanılması, birkaç yeni özelliğe izin verir: ya gönderici, bilgiyi birkaç alıcıya ışınlayabilir ya da aynı durumu hepsine gönderir (bu, işlem için gereken dolaşıklık miktarını azaltmaya izin verir) ) veya çok taraflı devletleri ışınlamak veya tek bir devleti, alıcı tarafların bilgiyi çıkarmak için işbirliği yapması gerekecek şekilde göndermek. İkinci ayarı görmenin farklı bir yolu, taraflardan bazılarının diğerlerinin ışınlanıp ışınlanamayacağını kontrol edebilmesidir.

Mantık kapısı ışınlaması

Genel olarak, karışık durumlar ρ taşınabilir ve ışınlanma sırasında doğrusal bir dönüşüm ω uygulanabilir, böylece kuantum bilgisinin veri işlenmesine izin verilir . Bu, kuantum bilgi işlemenin temel yapı taşlarından biridir. Bu aşağıda gösterilmiştir.

Genel açıklama

Genel bir ışınlanma şeması aşağıdaki gibi tarif edilebilir. Üç kuantum sistemi söz konusudur. Sistem 1, Alice tarafından ışınlanacak (bilinmeyen) ρ durumudur . Sistem 2 ve 3 , sırasıyla Alice ve Bob'a dağıtılan maksimum dolanık durumda ω . Toplam sistem o zaman durumda

${\görüntüleme stili \rho \otimes \omega .}$

Başarılı bir ışınlanma süreci, tatmin edici bir LOCC kuantum kanalıdır.

${\displaystyle (\operatöradı {Tr} _{12}\circ \Phi )(\rho \otimes \omega )=\rho \,,}$

burada Tr ₁₂ , sistem 1 ve 2'ye göre kısmi iz işlemidir ve haritaların bileşimini gösterir. Bu, Schrödinger resmindeki kanalı açıklar. ${\görüntüleme stili\çember }$

Heisenberg resminde birleşik haritalar alındığında, başarı koşulu şu hale gelir:

${\displaystyle \langle \Phi (\rho \otimes \omega )|I\otimes O\rangle =\langle \rho |O\rangle }$

Bob'un sistemindeki tüm gözlemlenebilir O için. tensör faktörü ise is while ' dir . ${\görüntüleme stili I\otimes O}$${\görüntüleme stili 12\otimes 3}$${\görüntüleme stili \rho \otimes \omega }$${\görüntüleme stili 1\otimes 23}$

Daha fazla detay

Önerilen kanal Φ daha açık bir şekilde tanımlanabilir. Işınlanmaya başlamak için Alice, sahip olduğu iki alt sistem (1 ve 2) üzerinde yerel bir ölçüm yapar. Yerel ölçümün etkileri olduğunu varsayın

${\displaystyle {F_{i}}={M_{i}^{2}}.}$

Ölçüm kayıtları ise i -inci sonuç, genel devlet için çöker

${\displaystyle (M_{i}\otimes I)(\rho \otimes \omega )(M_{i}\otimes I).}$

tensör faktörü ise is while ' dir . Daha sonra Bob karşılık gelen yerel işlem Ψ geçerlidir _i kombine sistemde sistem 3. bu tarif edilmektedir ${\görüntüleme stili (M_{i}\otimes I)}$${\görüntüleme stili 12\otimes 3}$${\görüntüleme stili \rho \otimes \omega }$${\görüntüleme stili 1\otimes 23}$

${\displaystyle (Id\otimes\Psi _{i})(M_{i}\otimes I)(\rho \otimes \omega )(M_{i}\otimes I).}$

burada id , bileşik sistemdeki kimlik haritasıdır . ${\görüntüleme stili 1\otimes 2}$

Bu nedenle, kanal Φ şu şekilde tanımlanır:

${\displaystyle \Phi (\rho \otimes \omega )=\sum _{i}(Id\otimes \Psi _{i})(M_{i}\otimes I)(\rho \otimes \omega )(M_ {i}\bazen I)}$

Bildirim Φ , LOCC tanımını karşılar . Yukarıda belirtildiği gibi, Bob'un sistemindeki tüm gözlemlenebilir O için eşitlik varsa, ışınlanmanın başarılı olduğu söylenir.

${\displaystyle \langle \Phi (\rho \otimes \omega),I\otimes O\rangle =\langle\rho,O\rangle}$

tutar. Denklemin sol tarafı:

${\displaystyle \sum _{i}\langle (Id\otimes \Psi _{i})(M_{i}\otimes I)(\rho \otimes \omega )(M_{i}\otimes I),\ ;Ben\bazen O\rangle }$

${\displaystyle =\sum _{i}\langle (M_{i}\otimes I)(\rho \otimes \omega )(M_{i}\otimes I),\;I\otimes \Psi _{i} ^{*}(O)\rangle }$

burada Ψ _i * , Heisenberg resminde Ψ _i'nin ekidir. Tüm nesnelerin sonlu boyutlu olduğunu varsayarsak, bu

${\displaystyle \sum _{i}\operatöradı {Tr} \;(\rho \otimes \omega )(F_{i}\otimes \Psi _{i}^{*}(O)).}$

Işınlanma için başarı kriteri şu ifadeye sahiptir:

${\displaystyle \sum _{i}\operatöradı {Tr} \;(\rho \otimes \omega )(F_{i}\otimes \Psi _{i}^{*}(O))=\operatöradı {Tr } \;\rho \cdot O.}$

Fenomenin yerel açıklaması

Bir yerel kuantum ışınlanma açıklaması ortaya koyduğu David Deutsch ve Patrick Hayden ile ilgili olarak, birçok-dünyalar yorumlanması kuantum mekaniği. Makaleleri, Alice'in Bob'a gönderdiği iki bitin, kuantum durumunun ışınlanmasıyla sonuçlanan "yerel olarak erişilemeyen bilgiler" içerdiğini iddia ediyor. "Klasik bir kanal aracılığıyla akmasına kuantum bilgisinin yeteneği [...] , eşevresizlik kurtulan olduğunu [...] kuantum ışınlanma temeli."

Son gelişmeler

Kuantum ışınlama emekleme aşamasındayken, bilim adamlarının aşağıdakileri içeren süreci daha iyi anlamak veya iyileştirmek için çalıştıkları ışınlanma ile ilgili birçok yön vardır:

Daha yüksek boyutlar

Kuantum ışınlama, bir mantık kapıları düzenlemesi yoluyla hataya dayanıklı kuantum hesaplama ile ilişkili hataları iyileştirebilir . D. Gottesman ve IL Chuang tarafından yapılan deneyler, çevresel hatalara karşı korumayı arttırmaya yarayan bir "Clifford hiyerarşisi" kapı düzeninin olduğunu belirledi. Genel olarak, kapı dizisi hesaplama için gereken daha az kaynak gerektirdiğinden, Clifford hiyerarşisinde daha yüksek bir hata eşiğine izin verilir. Kuantum bilgisayarda ne kadar çok kapı kullanılırsa o kadar fazla gürültü oluştururken, mantık transferinde kapı düzenlemesi ve teleportasyonun kullanılması bu kuantum ağlarında derlenen daha az "trafik" gerektirdiğinden bu gürültüyü azaltabilir. Bir kuantum bilgisayar için ne kadar çok kübit kullanılırsa, kapı düzeninin köşegenleştirilmesi derece olarak değişen kapı düzenine o kadar fazla seviye eklenir. Daha yüksek boyut analizi, Clifford hiyerarşisinin daha yüksek seviyeli kapı düzenlemesini içerir.

bilgi kalitesi

Kuantum ışınlama için daha önce bahsedilen bir ara dolaşık durum gereksinimi göz önüne alındığında, bilgi kalitesi için bu durumun saflığına önem verilmesi gerekmektedir. Geliştirilmiş bir koruma, üst üste bindirilmiş tutarlı bir ara durum yaratan (tipik bir ayrık değişken yerine) sürekli değişken bilginin kullanımını içerir. Bu, alınan bilgide bir faz kayması yapmayı ve ardından "göndericinin klasik bilgisine koşullandırılacak" tek veya çift tutarlı bir durum olabilen tercih edilen bir durumu kullanarak alım üzerine bir karıştırma adımı eklemeyi içerir, bu da iki mod yaratır. orijinal olarak gönderilen bilgileri içeren durum.

İçinde zaten kuantum bilgisi olan sistemler arasında bilgi ışınlanmasıyla ilgili gelişmeler de oldu. Feng, Xu, Zhou ve diğerleri tarafından yapılan deneyler. arkadaşları, bir kübitin zaten bir kübit değerinde bilgiye sahip olan bir fotona ışınlanmasının, optik bir kübit-kuart dolaşma kapısı kullanılması nedeniyle mümkün olduğunu göstermişlerdir. Bu kalite, geçmiş hesaplamalarda iyileştirmelere izin veren önceden depolanmış bilgilere dayanarak hesaplamalar yapılabileceğinden hesaplama olanaklarını artırabilir.

Ayrıca bakınız

• süper yoğun kodlama
• Kuantum karmaşık ağ
• Kuantum mekaniği
  • Kuantum mekaniğine giriş
  • kuantum bilgisayar
  • kuantum şifreleme
  • kuantum mekansızlık
  • Heisenberg belirsizlik ilkesi
• Wheeler-Feynman emici teorisi

Referanslar

Özel

Genel

Dış bağlantılar

• Boşluksuz Çan testi - Kavli Nanobilim Enstitüsü
• "Ürkütücü eylem ve ötesi" – Prof. Dr. Anton Zeilinger ile kuantum ışınlanma hakkında röportaj. Tarih: 2006-02-16
• IBM'de Kuantum Işınlaması
• Fizikçiler Madde ve Işık Arasında Bilgi Aktarmayı Başardılar
• Kuantum teleklonlama: Kaptan Kirk'ün klonu ve kulak misafiri
• Evrensel kuantum hesaplamaya ışınlanma tabanlı yaklaşımlar
• Kuantum hesaplama olarak ışınlanma
• Atomlarla kuantum ışınlaması: kuantum süreç tomografisi
• Dolaşık Devlet Işınlaması
• Gürültülü kanallar aracılığıyla kuantum ışınlamanın doğruluğu
• TelePOVM— Genelleştirilmiş bir kuantum ışınlanma şeması
• Werner Eyaletleri Üzerinden Dolanıklık Işınlaması
• Bir Kutuplaşma Durumunun Kuantum Işınlanması
• Zaman Yolculuğu El Kitabı: Pratik Işınlanma ve Zaman Yolculuğu Kılavuzu
• doğaya mektuplar: atomlarla deterministik kuantum ışınlanması
• Eksiksiz bir Bell durum ölçümü ile kuantum ışınlama
• "Kuantum İnternet'e hoş geldiniz" . Bilim Haberleri . 16 Ağustos 2008.
• Kuantum deneyleri – etkileşimli.
• Fizikçi olmayanlar için kuantum ışınlamaya (çoğunlukla ciddi) bir giriş