teleportasi kuantum adalah sebuah proses yang memindahkan keadaan kuantum suatu partikel dari satu lokasi ke lokasi lain tanpa mentransmisikan partikel itu sendiri. Ini bergantung pada penjelmaan kuantum, sebuah fenomena di mana dua partikel menjadi berkorelasi sehingga mengukur satu secara instan mempengaruhi yang lain, terlepas dari jarak. Jauh dari teleportasi materi fisik, teknik ini menggerakkan informasi kuantum ⁇ negara dasar \"negara\" dari sebuah sistem ⁇ membuatnya sebagai batu penjuru untuk teknologi kuantum masa depan. Pertama kali diusulkan secara teoritis pada 1993 oleh Charles Bennett dan rekan-rekan, teleportasi kuantum telah ditunjukkan secara eksperimental dengan atom foto, dan lebih dari ratusan kilometer dan melalui satelit dan menghubungkan artikel. Ini adalah prinsip-prinsip praktis, aplikasi praktis, dan aplikasi kuantum yang ada.

Prinsip Inti dari Teleportasi Kuantum

Kuantum Kuantum Entanglement and Bell States

Yayasan teleportasi kuantum adalah entanglement. Ketika dua qubit (bit quantum) terjerat, negara gabungan mereka tidak dapat digambarkan secara independen; mereka membentuk sistem gabungan. Negara-negara yang paling umum adalah Bell menyatakan: Phulp PH^+ = (Pahlawan 0,7000 ⁇ + 0,0111 ⁇ )/ ⁇ 2, PH10 PH^ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

Protokol Teleportasi Orang Zeder

Protokol teleportasi terdiri dari tiga langkah: penjelenggaraan, pengukuran, dan rekonstruksi.

  • [[EfolfordFLT:0]]Entanglement preparation: Alice dan Bob berbagi pasangan terjerat (partikel B dan C). Awalnya, tidak ada informasi mengenai negara ⁇ ⁇ yang hadir dalam B atau C.
  • [ZOU] ELT:0]]Bell pengukuran: Alice melakukan pengukuran bersama pada partikel A (mengandung ⁇ ⁇ ) dan setengahnya pasangan terjerat (partikel B). Pengukuran ini memproyeksikan sistem gabungan A dan B menjadi salah satu dari empat negara Bell. Pengukuran menghancurkan negara asli ⁇ 5 ⁇ pada A dan secara anumerta menghubungkan hasil ke partikel Bob C.
  • [Obbe]]Classical communication and reconstruction:] Alice mengirimkan hasil pengukuran Bell-nya (dua bit klasik) kepada Bob atas setiap saluran konvensional (misalnya, kabel serat optik atau radio). Berdasarkan bit yang diterima, Bob menerapkan operasi unitari tertentu (quantum gate) ke partikel C. Operasi ini benar-benar mereproduksi negara bagian tersebut dengan nama kota [A] ⁇ ] pada C.

Secara kritis, negara asli Ł « « » hancur selama pengukuran Bell ⁇ ini memuaskan teorem tanpa-kloning, yang melarang membuat salinan sempurna dari keadaan kuantum yang tidak diketahui. Teleportasi dengan demikian transfer, daripada salinan, informasi kuantum.

Peranan Komunikasi Klasik

Komunikasi klasik yang tidak dapat dibantah dalam teleportasi kuantum.Tanpa itu, Bob tidak akan tahu transformasi unitari mana yang harus diterapkan. Karena informasi klasik tidak dapat melebihi kecepatan cahaya, teleportasi tidak memungkinkan komunikasi lebih cepat-daripada-cahaya. Kedua bit klasik melakukan perjalanan paling baik pada kecepatan cahaya, sehingga proses keseluruhan menghormati relativitas. Saluran klasik ini juga memperkenalkan latensi yang membatasi efektif melaluiput protokol berbasis teleportasi.

Keperluan Teknologi Kunci

Memantapkan Keantenan

Entanglement adalah rapuh. Interaksi dengan lingkungan menyebabkan dekoherensi, yang menghancurkan korelasi penting untuk teleportasi. Untuk mempertahankan keterlibatan lebih jauh, peneliti menggunakan serat optik rendah-los, link laser ruang bebas, atau bahkan saluran satelit. Mereka juga menggunakan teknik seperti distilasi penjeratan untuk memurnikan keadaan terdegradasi sebagian. Sebagai contoh, satelit Micius (China) telah menunjukkan distribusi dan teleportasi yang tertanam di atas jarak yang melebihi 1.200 km menggunakan optik ruang bebas, mitigasi efek turbulensi atmosfer melalui penunjukan aktif dan kompensasi polarisasi.

Pengulang kuantum dan Teleportasi Lama-Distance

Transmisi langsung dari foton yang terjerat melalui serat optik yang panjang menderita kerugian eksponensial. Untuk mengatasi ini, para pengulang kuantum diusulkan. Seorang pengulang kuantum membagi total jarak ke segmen yang lebih kecil, menetapkan keterlibatan di setiap segmen, dan kemudian melakukan pertukaran yang terikat untuk menghubungkannya. teleportasi kuantum adalah operasi dasar dalam swap ini. Eksperimen baru-baru ini telah menunjukkan teleportasi atas jaringan serat memperpanjang puluhan kilometer dengan kepatuhan tinggi, memacu jalan untuk sebuah internet kuantum masa depan.

Aplikasi Praktis yang Praktis di Balik Teori

Jaringan Komunikasi Kuantum

teleportasi kuantum Kantashima memungkinkan pemindahan keadaan kuantum yang aman antara node dalam sebuah jaringan. Ini penting untuk membangun sebuah internet kuantum, di mana qubit dapat diportasikan antara prosesor kuantum, memungkinkan komputasi kuantum terdistribusi dan komunikasi yang aman. Perusahaan dan kelompok penelitian di seluruh dunia sedang mengembangkan jaringan kuantum metropolitan ⁇ misalnya, di Hefei (China), Tokyo, dan Cambridge (USA). Jaringan ini menggunakan teleportasi fotonik untuk menghubungkan sistem fisik yang terpisah.

Komputasi Kuantum Terdistribusi

Komputer kuantum skala besar mungkin terdiri dari multiple prosesor kuantum yang lebih kecil yang dihubungkan oleh teleportasi. Alih-alih memindahkan qubit fisik antar chip, teleportasi transfer keadaan kuantum, awetkan koherensi.Arsitektur ini memungkinkan penskalaan modular dan pembetulan kesalahan yang lebih mudah. Sebagai contoh, teleportasi dapat menerapkan gerbang kuantum antara qubit pada prosesor yang berbeda ⁇ dikenal sebagai teleportasi gerbang ⁇ melanjutkan kemampuan perangkat kuantum jangka dekat.

Transmisi Data Aman (Pengalihan Kunci Quantum)

Sementara distribusi kunci kuantum (QKD) sering didasarkan pada transmisi langsung qubit, teleportasi menawarkan alternatif: protokol QKD berbasis teleportasi. Dalam skema ini, sebuah keadaan terendam diportasi dari Alice ke Bob untuk mendirikan kunci rahasia. Karena teleportasi tidak mengekspos keadaan yang dipancarkan ke saluran dengan cara yang sama, hal ini dapat lebih kuat melawan serangan dan kerugian tertentu. Selain itu, teleportasi adalah primitif fundamental untuk enkripsi kuantum dan komputasi multiparty aman.

Tantangan dan Frontier Penelitian Kini

Fidelitas dan Pembetulan Kesalahan

Keberhasilan teleportasi kuantum diukur berdasarkan fidelitas ⁇ bagaimana akurat negara yang teleport sesuai dengan aslinya. Fidelitas dapat terdegradasi oleh entanglement yang tidak sempurna, kehilangan selama transmisi, dan kebisingan dalam pengukuran Bell. Percobaan modern mencapai fidelitas di atas 90%, tetapi mendekati 99.99% diperlukan untuk jaringan kuantum yang tidak terolerant. Kode koreksi kesalahan kuantum dapat digunakan untuk melindungi negara-negara bagian yang teleport, tetapi mereka membutuhkan tambahan qubit dan sumber daya. Peneliti secara aktif bekerja untuk meningkatkan kualitas sumber-sumber entral-photon dan detektor untuk meningkatkan kesetiaan.

Teleportasi Skala Atas

Kebanyakan demonstrasi teleportasi dari pihak-pihak yang berbobot tunggal adalah peristiwa: satu qubit yang diporting pada suatu waktu.Untuk berguna, teleportasi harus beroperasi pada tingkat tinggi (misalnya, jutaan qubit yang diporting per detik) dan mendukung negara multi-qubit. Ini memerlukan multi-qubit yang multi-kubit. Ini memerlukan multiplexing, elektronik berkecepatan tinggi, dan sinkronisasi yang tepat. Kemajuan terbaru dalam fotonik terintegrasi dan perangkat kuantum skala chip berjanji untuk meminimalkan setup teleportasi, tetapi scalability tetap menjadi tantangan teknik utama.

Teleportasi Berbaku Satelit

Percobaan satelit oleh para Medikius (2016 ⁇ 2020) menandai tonggak sejarah dengan mencapai teleportasi kuantum dari stasiun darat ke satelit dan sebaliknya. Tes ini menggunakan sumber yang terjerat downlink, dengan pengukuran Bell dilakukan di darat. Satelit kemudian menyampaikan informasi klasik untuk merekonstruksi negara. Hasil dikonfirmasi teleportasi lebih dari jarak hingga 1.400 km dengan fidelitas di atas 80%. Proyek-proyek masa depan bertujuan untuk mendirikan jaringan satelit multiple untuk memungkinkan teleportasi kuantum skala global ⁇ sebuah langkah kunci menuju sebuah internet kuantum di seluruh dunia.

Masa Depan Teleportasi Kuantum

Seiring dengan matangnya teknologi, teleportasi kuantum akan melakukan transisi dari demonstrasi laboratorium ke infrastruktur dunia nyata. Aliansi Internet Kuantum Eropa, Departemen Energi Amerika Serikat untuk sebuah internet kuantum, dan percobaan Kuantum Tiongkok di luar angkasa (QUESS) program semua berinvestasi dalam jaringan berbasis teleportasi. Dalam satu dekade, kita dapat melihat jaringan kuantum terpadu pertama yang menghubungkan beberapa kota, menggunakan teleportasi untuk menghubungkan komputer kuantum dan sensor. Teleportasi juga berperan dalam penginderan kuantum, memungkinkan jaringan jam atom dengan stabilitas yang belum pernah terjadi sebelumnya, dan dalam uji dasar mekanika kuantum, seperti ketidaksetaraan dengan pemisahan ruang angkasa seperti Bell dengan pemisahan ruang angkasa.

Kombinasi gabungan gabungan entlement, pengukuran, dan komunikasi klasik yang mendefinisikan teleportasi akan tetap menjadi operasi inti untuk teknologi kuantum.Sementara teleporting objek makroskopik tetap fiksi ilmiah, kemampuan untuk mentransfer negara kuantum secara reliably membuka pintu untuk mengamankan diplomasi, komputasi terdistribusi, dan pemahaman yang lebih mendalam tentang alam semesta.

Kekecualian Kesimpulan

teleportasi kuantum Zakartuensi adalah jauh lebih dari sebuah rasa ingin tahu teori. Ini adalah protokol praktis yang memungkinkan pemindahan informasi kuantum tanpa memindahkan partikel pembawa. Dengan memanfaatkan entanglement dan komunikasi klasik, ia memecahkan batas dasar dari teorema non-pencloning. Kecepatan kemajuan eksperimental ⁇ dari kilometer serat ke link satelit antarbenua ⁇ demonstrate feasibility dan pentingnya teleportasi. Tantangan dalam fidelitas, skalabilitas, dan dekoherensi lingkungan tetap, tetapi lintasannya jelas: teleportasi kuantum akan menjadi basis dari pembangunan sistem komunikasi dan komputasi generasi berikutnya.

Untuk pembacaan lebih lanjut, lihat proposal asli oleh C. H. Bennett et al., \"Teleporting an Unknown Quantum State via Dual Classic and Einstein-Podolsky-Rosen Channels\" (FLT:0]]) \"Teleporting an Unknown Quantum State via Dual Classic and Einstein-Podolsky-Rosen Channels” (FLT:3]]. Eksperimen teleportasi satelit menggunakan Micius digambarkan dalam [[FLT4:Science (2017)[TFL:FL5]] Di atas internet dapat ditemukan di [[FLT]] halaman kuantum:FL]]