Quant teleportation oder geVerwicklungsholfener teleportation, ist ein Prozess, durch den ein qubit (die grundlegende Einheit der Quant-Information) genau (im Prinzip) von einer Position bis einen anderen ohne den qubit übersandt werden kann, der durch den vorläufigen Raum wird übersendet. Es ist für die Quant-Informationsverarbeitung nützlich, jedoch übersendet es klassische Information nicht sofort, und kann deshalb für die Kommunikation an superluminal (schneller nicht verwendet werden als Licht) Geschwindigkeit. Quant teleportation ist zum verbreiteten Ausdruck teleportation ohne Beziehung - es transportiert das System selbst nicht, und betrifft Umordnen-Partikeln nicht, um die Form eines Gegenstands zu kopieren.

Das Samenpapier, das zuerst die Idee erklärt, wurde von Charles Bennett und Mitverfassern 1993 veröffentlicht. Es wurde zuerst experimentell 1997 von einer Gruppe in Innsbruck bestätigt und ist nachher gezeigt worden, über Entfernungen von bis zu 16 Kilometern zu arbeiten.

Protokoll

Die Vorbedingungen für das Quant teleportation sind ein qubit, der, ein herkömmlicher Nachrichtenkanal teleportiert werden soll, der dazu fähig ist, zwei klassische Bit (d. h., einer von vier Staaten), und Mittel zu übersenden, ein verfangenes EPR Paar von qubits zu erzeugen, ein Maß von Bell auf dem EPR Paar durchführend, und den Quant-Staat von einem des Paares manipulierend. Das Protokoll ist dann wie folgt:

1. Ein EPR Paar wird erzeugt und zu zwei getrennten Positionen, A und B verteilt.

2. An der Position A wird ein Glockenmaß des EPR Paares qubit und des qubit, der (zum Beispiel, Quant-Staat eines Fotons) zu teleportieren ist, durchgeführt, zwei klassische Bit der Information nachgebend. Beide qubits werden zerstört.

3. Mit dem klassischen Kanal werden die zwei Bit von bis B. gesandt (Das ist der einzige potenziell zeitraubende Schritt wegen Rücksichten der Geschwindigkeit des Lichtes.)

4. An der Position B wird das EPR Paar qubit (nötigenfalls) mit den zwei Bit modifiziert, um den richtigen von vier möglichen Quant-Staaten auszuwählen. Ein qubit identischer dazu, das für teleportation (zum Beispiel, Quant-Staat eines Fotons) Ergebnisse gewählt ist.

Experimentelle Ergebnisse

Arbeit 1998 hat die anfänglichen Ergebnisse nachgeprüft, und hat im August 2004 die Entfernung von teleportation zu 600 Metern mit Glasfaserleiter vergrößert. Die längste Entfernung hat noch behauptet, für das Quant teleportation erreicht zu werden, ist im Mai 2010 durch chinesische Wissenschaftler über den freien Raum mit einem Durchschnitt der 89-%-Genauigkeit.

Im April 2011 haben Experimentatoren berichtet, dass sie teleportation von Welle-Paketen des Lichtes bis zu einer Bandbreite von 10 MHz demonstriert hatten, während sie stark nichtklassische Überlagerungsstaaten bewahrt haben.

Motivation

Nehmen Sie an, dass Alice einen qubit in einem willkürlichen Quant-Staat hat. (Ein qubit kann als eine Überlagerung von Staaten, etikettiert vertreten werden und.) Nehmen an, dass dieser Quant-Staat Alice nicht bekannt ist und sie gern diesen Staat senden würde, um Sich Auf und ab zu bewegen. Scheinbar hat Alice die folgenden Optionen:

1. Sie kann versuchen, den qubit physisch zu transportieren, um Sich Auf und ab zu bewegen.
2. Sie kann diesen (Quant) Information übertragen, und Bob kann die Information über einen passenden Empfänger erhalten.
3. Sie kann vielleicht den unbekannten qubit in ihrem Besitz messen. Die Ergebnisse dieses Maßes würden mitgeteilt, um Sich Auf und ab zu bewegen, wer dann einen qubit in seinem Besitz entsprechend vorbereitet, um den gewünschten Staat zu erhalten. (Dieser hypothetische Prozess wird klassischen teleportation genannt.)

Auswahl 1 ist hoch unerwünscht, weil Quant-Staaten zerbrechlich sind und jede Unruhe en route den Staat verderben würde.

Auswahl 2 wird durch den Lehrsatz ohne Sendungen verboten.

Wie man

auch formell gezeigt hat, ist Auswahl 3 (klassischer teleportation) unmöglich gewesen. (Sieh keinen teleportation Lehrsatz.) Ist das eine andere Weise zu sagen, dass Quant-Information zuverlässig nicht gemessen werden kann.

So scheint Alice, einem unmöglichen Problem gegenüberzustehen. Eine Lösung wurde von Bennett entdeckt, u. a. Die Bestandteile eines maximal verfangenen zwei-qubit Staates werden Alice und Bob verteilt. Das Protokoll bezieht dann Alice und Bob ein, der lokal mit dem qubit (s) in ihrem Besitz und Alice aufeinander wirkt, die zwei klassische Bit sendet, um Sich Auf und ab zu bewegen. Schließlich wird der qubit in Bobs Besitz im gewünschten Staat sein.

Eine Zusammenfassung

Nehmen Sie an, dass Alice und Bob einen verfangenen qubit ab teilen. D. h. Alice hat eine Hälfte, a, und Bob hat die andere Hälfte, b. Lassen Sie c anzeigen, dass die qubit Alice übersenden möchte, um Sich Auf und ab zu bewegen.

Alice wendet eine einheitliche Operation an den qubits ac an und misst das Ergebnis, zwei klassische Bit zu erhalten. In diesem Prozess werden die zwei qubits zerstört. Bobs qubit, b, enthält jetzt Information über c; jedoch ist die Information etwas randomized. Mehr spezifisch ist Bobs qubit b in einem von vier Staaten gleichförmig gewählt aufs Geratewohl, und Bob kann keine Information über c von seinem qubit erhalten.

Alice stellt ihr zwei gemessene klassische Bit zur Verfügung, die anzeigen, welchen von den vier Staaten Bob besitzt. Bob wendet eine einheitliche Transformation an, die von den klassischen Bit abhängt, die er von Alice erhält, seinen qubit in eine identische Unterhaltung des qubit c umgestaltend.

Das Ergebnis

Nehmen Sie an, dass Alice einen qubit hat, den sie teleportieren will, um Sich Auf und ab zu bewegen. Dieser qubit kann allgemein in der Notation des Büstenhalters-ket als geschrieben werden:

Unser Quant teleportation Schema verlangt, dass Alice und Bob einen maximal verfangenen Staat im Voraus, zum Beispiel einer der vier Staaten von Bell teilt

:

:::.

Alice nimmt eine der Partikeln im Paar, und Bob behält den anderen. Die Subschriften A und B im verfangenen Staat beziehen sich auf die Partikel von Alice oder Bobs. Wir werden annehmen, dass Alice und Bob den verfangenen Staat teilen

Also, Alice hat zwei Partikeln (C, derjenige, den sie, und A, eines des verfangenen Paares teleportieren will), und hat Bob eine Partikel, B. Im Gesamtsystem wird der Staat dieser drei Partikeln durch gegeben

:

Alice wird dann ein teilweises Maß in der Basis von Bell auf den zwei qubits in ihrem Besitz machen. Um das Ergebnis ihres Maßes verständlich zu machen, werden wir die zwei qubits von Alice in der Basis von Bell über die folgende allgemeine Identität umschreiben (diese können leicht nachgeprüft werden):

:::und:

Der drei Partikel-Staat, der oben so gezeigt ist, wird die folgende Vier-Begriffe-Überlagerung:

:

\frac {1} {2} (\| \Phi^ +\rangle_ {AC} \otimes (\alpha |0\rangle_B + \beta|1\rangle_B) \+ \| \Phi^-\rangle_ {AC} \otimes (\alpha |0\rangle_B - \beta|1\rangle_B) \+ \| \Psi^ +\rangle_ {AC} \otimes (\beta |0\rangle_B + \alpha|1\rangle_B) \+ </Mathematik>

:

\+ | \Psi^-\rangle_ {AC} \otimes (\beta |0\rangle_B - \alpha|1\rangle_B) \).

</Mathematik>

Bemerken Sie alles, was wir getan haben, bis jetzt ist eine Änderung der Basis auf dem Teil von Alice des Systems. Keine Operation ist durchgeführt worden, und die drei Partikeln sind noch in demselben Staat. Der wirkliche teleportation fängt an, wenn Alice ihre zwei qubits in der Basis von Bell misst. Gegeben der obengenannte Ausdruck zweifellos besteht das Ergebnis ihres (lokalen) Maßes darin, dass der Drei-Partikeln-Staat zu einem der folgenden vier Staaten (mit der gleichen Wahrscheinlichkeit zusammenbrechen würde, jeden zu erhalten):

Die zwei Partikeln von Alice werden jetzt zu einander in einem der vier Staaten von Bell verfangen. Die Verwicklung, die ursprünglich zwischen Alice und Bob geteilt ist, wird jetzt gebrochen. Bobs Partikel übernimmt einen der vier Überlagerungsstaaten, die oben gezeigt sind. Bemerken Sie, wie Bobs qubit jetzt in einem Staat ist, der dem zu teleportierenden Staat ähnelt. Die vier möglichen Staaten für Bobs qubit sind einheitliche Images des zu teleportierenden Staates.

Der entscheidende Schritt, das lokale Maß, das von Alice auf der Basis von Bell getan ist, wird getan. Es ist klar, wie man weiter weitergeht. Alice hat jetzt ganze Kenntnisse des Staates der drei Partikeln; das Ergebnis ihres Maßes von Bell erzählt ihr, in der der vier Staaten das System ist. Sie muss einfach ihre Ergebnisse Bob durch einen klassischen Kanal senden. Zwei klassische Bit können kommunizieren, welches von den vier Ergebnissen sie erhalten hat.

Nachdem Bob die Nachricht von Alice erhält, wird er wissen, in welchem von den vier Staaten seine Partikel ist. Mit dieser Information führt er eine einheitliche Operation auf seiner Partikel durch, um es in den gewünschten Staat umzugestalten:

• Wenn Alice anzeigt, dass ihr Ergebnis ist, weiß Bob, dass sein qubit bereits im gewünschten Staat ist und nichts tut. Das beläuft sich auf die triviale einheitliche Operation, den Identitätsmaschinenbediener.
• Wenn die Nachricht anzeigt, würde Bob seinen qubit durch das einheitliche Tor senden, das durch die Matrix von Pauli gegeben ist

:

den Staat wieder zu erlangen.

• Wenn die Nachricht von Alice entspricht, wendet Bob das Tor an

:

zu seinem qubit.

• Schließlich, für den restlichen Fall, wird das passende Tor durch gegeben

:

Teleportation wird deshalb erreicht.

Experimentell kann das projektive von Alice getane Maß über eine Reihe von an den zwei Partikeln geleiteten Laserpulsen erreicht werden.

Bemerkungen

• Nach dieser Operation wird Bobs qubit den Staat übernehmen, und der qubit von Alice wird (unbestimmter) Teil eines verfangenen Staates. Teleportation läuft auf das Kopieren von qubits nicht hinaus, und ist folglich mit keinem Klonen-Lehrsatz im Einklang stehend.
• Es gibt keine Übertragung der Sache oder beteiligten Energie. Die Partikel von Alice ist nicht physisch bewegt worden, um Sich Auf und ab zu bewegen; nur sein Staat ist übertragen worden. Der Begriff "teleportation", der von Bennett, Armbinde, Crépeau, Jozsa, Peres und Wootters ins Leben gerufen ist, widerspiegelt den indistinguishability des Quants mechanische Partikeln.
• Für jeden teleportierten qubit muss Alice Bob zwei klassische Bit der Information senden. Diese zwei klassischen Bit tragen ganze Information über den qubit nicht teleportiert zu werden. Wenn ein Lauscher die zwei Bit abfängt, kann sie genau wissen, was Bob tun muss, um den gewünschten Staat wieder zu erlangen. Jedoch ist diese Information nutzlos, wenn sie mit der verfangenen Partikel in Bobs Besitz nicht aufeinander wirken kann.

Alternative Beschreibung

In der Literatur könnte man alternative aber völlig gleichwertige, Beschreibungen des teleportation Protokolls gegeben oben finden. Nämlich kann die einheitliche Transformation, die die Änderung der Basis ist (von der Standardproduktbasis in die Basis von Bell) auch durch Quant-Tore durchgeführt werden. Direkte Berechnung zeigt, dass dieses Tor durch gegeben wird

:

wo H ein qubit Tor von Walsh-Hadamard ist und das Kontrollierte NICHT Tor ist.

Tauschende Verwicklung

Teleportation kann nicht nur auf reine Staaten angewandt werden, sondern auch hat Staaten gemischt, die als der Staat eines einzelnen Subsystems eines verfangenen Paares betrachtet werden können. Die so genannte tauschende Verwicklung ist ein einfaches und veranschaulichendes Beispiel.

Wenn Alice eine Partikel hat, die mit einer Partikel verfangen wird, die von Bob besessen ist, und Bob es Carol teleportiert, dann später wird die Partikel von Alice mit Carol verfangen.

Eine mehr symmetrische Weise, die Situation zu beschreiben, ist der folgende: Alice hat eine Partikel, Bob zwei, und Carol ein. Die Partikel von Alice und Bobs erste Partikel werden verfangen, und sind so Bobs Partikel der zweiten und Carol:

___

/ \

Alice::::: Bob1-:-Bob2::::: Carol

\___ /

Jetzt, wenn Bob ein projektives Maß auf seinen zwei Partikeln in der Zustandbasis von Bell durchführt und die Ergebnisse Carol laut des teleportation Schemas mitteilt, das oben beschrieben ist, kann der Staat von Bobs erster Partikel Carol teleportiert werden. Obwohl Alice und Carol nie mit einander aufeinander gewirkt haben, werden ihre Partikeln jetzt verfangen.

N-Zustandpartikeln

Man kann sich vorstellen, wie das teleportation Schema, das oben gegeben ist, zu N-Zustandpartikeln, d. h. Partikeln erweitert werden könnte, deren Staaten im N dimensionalen Raum von Hilbert liegen. Das vereinigte System der drei Partikeln hat jetzt einen dimensionalen Zustandraum. Um zu teleportieren, macht Alice ein teilweises Maß auf den zwei Partikeln in ihrem Besitz in einer verfangenen Basis auf dem dimensionalen Subsystem. Dieses Maß hat ebenso wahrscheinliche Ergebnisse, die dann mitgeteilt werden, um Sich klassisch Auf und ab zu bewegen. Bob erlangt den gewünschten Staat wieder, indem er seine Partikel durch ein passendes einheitliches Tor sendet.

Allgemeines teleportation Schema

Allgemeine Beschreibung

Ein allgemeines teleportation Schema kann wie folgt beschrieben werden. Drei Quant-Systeme werden beteiligt. System 1 ist der (unbekannte) Staat ρ, um von Alice teleportiert zu werden. Systeme 2 und 3 sind in einem maximal verfangenen Staat ω, die Alice und Bob beziehungsweise verteilt werden. Das Gesamtsystem ist dann im Staat

:

Ein erfolgreicher Teleportation-Prozess ist ein LOCC Quant-Kanal Φ, der befriedigt

:

wo Tr die teilweise Spur-Operation mit Rücksicht-Systemen 1 und 2 ist, und die Zusammensetzung von Karten anzeigt. Das beschreibt den Kanal im Bild von Schrödinger.

adjoint Karten im Bild von Heisenberg nehmend, wird die Erfolg-Bedingung

:

für den ganzen erkennbaren O auf Bobs System. Der Tensor-Faktor darin ist, während dieser dessen ist.

Weitere Details

Der vorgeschlagene Kanal Φ kann ausführlicher beschrieben werden. Um teleportation zu beginnen, führt Alice ein lokales Maß auf den zwei Subsystemen (1 und 2) in ihrem Besitz durch. Nehmen Sie an, dass das lokale Maß Effekten hat

:

Wenn das Maß das i-th Ergebnis, die gesamten Zustandzusammenbrüche zu einschreibt

:

Der Tensor-Faktor darin ist, während dieser dessen ist. Bob wendet dann eine entsprechende lokale Operation Ψ an das System 3 an. Auf dem vereinigten System wird das durch beschrieben

:

wo Id die Identitätskarte auf dem zerlegbaren System ist.

Deshalb wird der Kanal Φ durch definiert

:

Bemerken Sie, dass Φ die Definition von LOCC befriedigt. Wie oben angegeben, wie man sagt, ist der teleportation wenn, für den ganzen erkennbaren O auf Bobs System, die Gleichheit erfolgreich

:

hält. Die linke Seite der Gleichung ist:

:

\sum_i \langle (Id \otimes \Psi_i) (M_i \otimes I) (\rho \otimes \omega) (M_i \otimes I), \; ich \otimes O \rangle

</Mathematik>:

\sum_i \langle (M_i \otimes I) (\rho \otimes \omega) (M_i \otimes I), \; ich \otimes \Psi_i ^ * (O) \rangle

</Mathematik>

wo Ψ* der adjoint von Ψ im Bild von Heisenberg ist. Das Annehmen aller Gegenstände ist dimensional begrenzt, das wird

:

Das Erfolg-Kriterium für teleportation hat den Ausdruck

:

Siehe auch

• Quant-Mechanik
• Einführung in die Quant-Mechanik
• Quant-Nichtgegend
• Quant-Computer
• Quant-Verwicklung
• Unklarheitsgrundsatz von Heisenberg
• Quant-Energie teleportation

SpezifischerAllgemeiner

• Theoretischer Vorschlag:
• C. H. Bennett, G. Armbinde, C. Crépeau, R. Jozsa, A. Peres, W. K. Wootters, einen Unbekannten Quant-Staat über den Doppel-Klassisch und Kanäle von Einstein-Podolsky-Rosen, Phys Teleportierend. Hochwürdiger. Lette. 70, 1895-1899 (1993) (dieses Dokument online). Das ist das Samenpapier, das das Verwicklungsprotokoll angelegt hat.
• L. Vaidman, Teleportation von Quant-Staaten, Phys. Hochwürdiger. 49, 1473-1476 (1994)
• G Armbinde, S Braunstein, R Cleve, Teleportation als eine Quant-Berechnung, Physica D 120 43-47 (1998)
• A. Peres, "Was wird wirklich teleportiert?", IBM Journal der Forschung und Entwicklung, Vol. 48, Ausgabe 1, (2004) (dieses Dokument online)
• G. Rigolin, Quant Teleportation des Willkürlichen Zwei Staates Qubit und seiner Beziehung zur Multipartite Verwicklung, Phys. Hochwürdiger. 71 032303 (2005) (dieses Dokument online)
• Shi-Biao Zheng, "Schema für ungefähren bedingten teleportation eines unbekannten Atomstaates ohne das Glockenzustandmaß", Phys. Hochwürdiger. 69, 064302 (2004).
• W. B. Cardoso, A. T. Avelar, B. Baseia und N. G. de Almeida, "Teleportation von verfangenen Staaten ohne Glockenzustandmaß", Phys. Hochwürdiger. 72, 045802 (2005).
• Die ersten Experimente mit Fotonen:
• D. Bouwmeester, J.-W. Pfanne, K. Mattle, M. Eibl, H. Weinfurter, A. Zeilinger, Experimentelles Quant Teleportation, Natur 390, 6660, 575-579 (1997).
• D. Boschi, S. Branca, F. De Martini, L. Hardy, & S. Popescu, Experimentelle Verwirklichung, einen Unbekannten Reinen Quant-Staat über den Doppel-klassisch und Kanäle von Einstein-Podolsky-Rosen, Phys Zu teleportieren. Hochwürdiger. Lette. 80, 6, 1121-1125 (1998)
• Y.-H. Kim, S.P. Kulik und Y. Shih, Quant teleportation einer Polarisation setzen mit einem ganzen Glockenzustandmaß, Phys fest. Hochwürdiger. Lette. 86, 1370 (2001).
• I. Marcikic, H. de Riedmatten, W. Tittel, H. Zbinden, N. Gisin, Langstreckenteleportation von Qubits an Fernmeldewellenlängen, Natur, 421, 509 (2003)
• R. Ursin u. a. Quant Teleportation Verbindung über die Donau, Natur 430, 849 (2004)
• Die ersten Experimente mit Atomen:
• M. Riebe, H. Häffner, C. F. Roos, W. Hänsel, M Ruth, J. Benhelm, G. P. T. Lancaster, T. W. Körber, C. Becher, F. Schmidt-Kaler, D. F. V. James, R. Blatt, Deterministisches Quant Teleportation mit Atomen, Natur 429, 734-737 (2004)
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• S. Olmschenk, D. N. Matsukevich, P. Maunz, D. Hayes, L.-M. Duan und C. Monroe, Quant Teleportation zwischen der Entfernten Sache Qubits, Wissenschaft 323, 486 (2009).

Links

• signandsight.com: "Gespenstische Handlung und darüber hinaus" - Interview mit Prof. Dr Anton Zeilinger über das Quant teleportation. Datum: Am 2006-02-16
• Quant Teleportation an IBM
• Physiker schaffen, Information zwischen Sache und Licht zu übertragen
• Quant telecloning: Der Klon von Kapitän Kirk und der Lauscher
• Mit Sitz in Teleportation Annäherungen an die universale Quant-Berechnung
• Teleportation als eine Quant-Berechnung
• Quant teleportation mit Atomen: Quant-Prozess-Tomographie
• Der verfangene Staat Teleportation
• Treue des Quants teleportation durch laute Kanäle durch
• TelePOVM — Ein verallgemeinertes Quant teleportation Schema
• Verwicklung Teleportation über Staaten von Werner
• Quant Teleportation eines Polarisationsstaates
• Das Zeitreise-Handbuch: Ein Handbuch von Practical Teleportation & Time Travel
• Briefe an die Natur: Deterministisches Quant teleportation mit Atomen
• Quant teleportation mit einem ganzen Bell setzt Maß fest
• Willkommen im Quant-Internet. Wissenschaftsnachrichten, am 16. Aug 2008.
• Quant-Experimente - interaktiv.
• "Eine (größtenteils ernste) Einführung ins Quant teleportation für Nichtphysiker"