Sự dịch chuyển của lượng tử là một quá trình chuyển đổi tình trạng của một hạt từ vị trí này sang địa điểm khác mà không truyền dữ liệu từ một hạt khác, nó dựa vào sự rối loạn lượng tử, một hiện tượng mà hai hạt này trở nên tương quan với nhau để đo một cách tức thời, bất kể khoảng cách nào. kỹ thuật này di chuyển các vật chất vật chất, di chuyển thông tin về lượng tử - các nguyên tắc cơ bản của một hệ thống - biến nó thành nền tảng cho công nghệ lượng tử trong tương lai.

Nguyên tắc chính yếu của việc vận chuyển lượng tử

Sự xâm nhập và tiếng chuông của lượng tử

Nền tảng của sự dịch chuyển lượng tử là sự rối loạn. Khi hai phần tư (tách bằng nhau) bị mắc kẹt, trạng thái kết hợp của chúng không thể được mô tả riêng lẻ; chúng tạo thành một hệ thống chung. Các trạng thái thường gặp nhất là các trạng thái Bell^++G2+(GTX = (GGGGG) (GGGGGG) (GL) (GL) = (GLLT) = (GLLL) (G) = (GL) = (GL) (GLLL) = (GGGG) (GN) = (GNGN)/ BAR ) (GN) (GNGN)/ ) Những bang này được tính toán hoàn hảo khi tính tương quan (00 BAR BAR )/ 2. Bob B. Sau đó, các hạt t( Bob B.

Giao thức dịch chuyển

Giao thức dịch chuyển tức thời gồm ba bước: rối, đo đạc và tái tạo.

  • Sự chuẩn bị rối loạn: ) Alice và Bob có một cặp nối (chiles B và C. đầu tiên, không có thông tin gì về trạng thái GS hiện diện ở B hoặc C.
  • Giá trị Alice thực hiện một phép đo chung về hạt A (liên kết A (liên kết giữa cặp (chile B). Tính toán này kết hợp hệ thống A và B thành một trong bốn tiểu bang Bell.
  • Sự liên lạc và tái tạo: ) Alice gửi kết quả của các đo lường chuông (hai bit cổ điển) đến Bob qua bất kỳ kênh thông thường nào (v. g., sợi cáp quang hay radio). Dựa trên các bit đã nhận được, Bob áp dụng một hoạt động đơn vị nhất định (cửa phân tử) cho hạt của mình. Thao tác này tương tự lặp lại trạng thái BAR c.

Chính phủ BAR chính thức đã bị phá hủy trong quá trình đo lường Bell thỏa mãn định lý không thay đổi, cấm làm một bản sao hoàn hảo của một trạng thái lượng tử chưa được biết đến.

Vai trò của sự giao tiếp cổ điển

Không có nó Bob sẽ không biết phải áp dụng sự chuyển đổi đơn vị nào vì thông tin cổ điển không thể vượt quá tốc độ ánh sáng, dịch chuyển không cho phép giao tiếp nhanh hơn ánh sáng 2 bit cổ điển di chuyển với tốc độ tối đa, nên toàn bộ quá trình này tôn trọng thuyết tương đối.

Những đòi hỏi kỹ thuật then chốt

Giữ sự trì trệ

Sự rối loạn là mong manh. Các hoạt động môi trường gây ra sự mất điện, phá hủy các mối tương quan cần thiết cho sự dịch chuyển. Để duy trì sự rối loạn trong khoảng cách, các nhà nghiên cứu sử dụng các sợi quang học nhỏ, liên kết quang không gian miễn phí, hoặc thậm chí các kênh vệ tinh. Chúng cũng sử dụng các kỹ thuật điều tiết như sự chưng cất để làm sạch các trạng thái bị lỗi một phần. Ví dụ, vệ tinh Micius (Trung Quốc) đã chứng minh sự phân phối và dịch chuyển trên khoảng cách hơn 1.200 km bằng cách sử dụng quang học miễn phí, giảm hiệu ứng không khí trong không khí hoạt động và phục hồi cực.

Các thiết bị lặp lại lượng tử và dịch chuyển dài

Truyền tải trực tiếp các photon dính qua các sợi quang dài bị mất dần theo cấp số nhân để vượt qua điều này, thiết bị lặp lặp lại lượng tử được đề xuất một thiết bị lặp lại lượng tử phân chia tổng khoảng cách thành các đoạn nhỏ hơn, thiết lập rối trong mỗi đoạn, và sau đó thực hiện sự trao đổi liên quan đến nhau để kết nối chúng. dịch chuyển lượng tử là hoạt động cơ bản trong các giao dịch này. thí nghiệm gần đây đã chứng minh sự dịch chuyển qua các mạng sợi kéo dài hàng chục cây số với độ chính xác cao, và giải quyết cách thức để kết nối với mạng lưới lượng tử trong tương lai.

Những ứng dụng thực tế không thể lý thuyết

Mạng liên lạc lượng tử

Việc dịch chuyển lượng tử cho phép sự chuyển giao an toàn giữa các bang lượng tử giữa các nút trong mạng lưới. Điều này là thiết yếu để xây dựng một mạng lưới lượng tử, nơi mà qubit có thể dịch chuyển giữa các bộ xử lý lượng tử, cho phép phân phối điện toán lượng tử và liên lạc an toàn. Các công ty và các nhóm nghiên cứu trên toàn thế giới đang phát triển mạng lượng tử thành thị - chẳng hạn như ở Hfei (Trung tâm), Tokyo, và Cambridge (USA). Những mạng này sử dụng khả năng dịch chuyển điện tử để kết nối các hệ thống vật lý khác nhau.

Tính toán lượng tử phân tán

Máy tính lượng tử quy mô lớn có thể bao gồm nhiều bộ xử lý lượng tử nhỏ hơn liên kết bởi dịch chuyển. Thay vì di chuyển các trục vật lý giữa chip, chuyển đổi các trạng thái lượng tử, bảo tồn sự liên kết. Cấu trúc này cho phép sự tăng cường theo mô- đun và sửa lỗi dễ dàng hơn. Ví dụ, dịch chuyển có thể thực hiện cổng lượng tử giữa các bộ xử lý khác nhau - được biết đến là dịch chuyển cổng.

Truyền dữ liệu bảo mật (Bản phân phối phím Quantum)

Trong khi phân phối phím lượng tử (QKD) thường dựa trên sự truyền trực tiếp của qubits, dịch chuyển tức thời đưa ra một sự thay thế: giao thức dịch chuyển tức thời dựa trên QKD. Trong kế hoạch này, một trạng thái bị mắc kẹt được dịch chuyển từ Alice sang Bob để thiết lập các phím bí mật. Vì sự dịch chuyển không phơi bày trạng thái truyền qua kênh theo cùng một cách, nó có thể mạnh hơn chống lại các cuộc tấn công và mất mát. Hơn nữa, chuyển động dịch chuyển là một cơ bản cơ bản cho việc mã hóa lượng tử và tính đa phần.

Những thử thách và những người hiện đang nghiên cứu

Độ phân giải và sửa lỗi

Thành công của dịch chuyển lượng tử được đo bằng sự trung thành chính xác như thế nào trạng thái dịch chuyển tương ứng với bản gốc. Tính chất có thể bị suy giảm bởi sự rối loạn không hoàn hảo, mất mát trong quá trình truyền tải và tiếng ồn trong máy đo chuông. thí nghiệm hiện đại đạt được những thứ không chính xác hơn 90%, nhưng tiếp cận 99% là cần thiết cho mạng lượng tử lỗi để tăng cường tính trung thực.

Phóng to tầm ảnh

Hầu hết các cuộc biểu tình dịch chuyển tức thời là các sự kiện chụp một lần: một phần ba bit dịch chuyển tức thời. Để có ích, dịch chuyển tức thời phải hoạt động với tốc độ cao (v. d., hàng triệu điểm trục số điện tử dịch chuyển trên giây) và hỗ trợ các trạng thái đa bit. Điều này đòi hỏi đa chiều, điện tử tốc độ cao, và chính xác. Các tiến bộ gần đây trong quang hợp và kích thước lượng tử hứa hẹn để thu nhỏ thiết lập chuyển động, nhưng khả năng phục hồi vẫn là một thử thách kỹ thuật chính.

Chuyển động vệ tinh tàng hình

Các thí nghiệm vệ tinh Micius đánh dấu một dấu hiệu quan trọng bằng cách đạt được sự dịch chuyển lượng tử từ trạm mặt đất đến vệ tinh và ngược lại. Những thử nghiệm này sử dụng một nguồn liên kết xuống, với đo lường của Bell thực hiện trên mặt đất. vệ tinh truyền tải thông tin cổ điển để tái tạo lại trạng thái. Kết quả xác nhận dịch chuyển từ xa lên đến 1,000 km với các tiện ích trên 80%. Các dự án tương lai nhằm thiết lập một mạng vệ tinh đa vệ tinh để tạo sự dịch chuyển lượng tử toàn cầu - bước tiến tới một lượng tử toàn cầu.

Tương lai của việc chuyển tiếp lượng tử

Khi công nghệ trưởng thành, sự dịch chuyển lượng tử sẽ chuyển từ phòng thí nghiệm đến cơ sở hạ tầng thực tế. trong vòng một thập kỷ, chúng ta có thể thấy mạng lưới lượng tử kết nối đầu tiên với nhiều thành phố, sử dụng dịch chuyển để kết nối máy tính lượng tử và cảm biến cảm biến. sự vận động của Trung Quốc đóng vai trò trong việc cảm nhận lượng tử, cho phép mạng lưới nguyên tử với sự ổn định chưa từng thấy và nền tảng của cơ học lượng tử bị phá vỡ như Bell với sự phân chia không gian như là một khối lượng tử.

Sự kết hợp giữa các dây rối, đo lường và giao tiếp cổ điển định nghĩa dịch chuyển tức thời vẫn là một hoạt động cốt lõi của công nghệ lượng tử trong khi dịch chuyển các vật thể vĩ mô vẫn là viễn tưởng, khả năng chuyển đổi các trạng thái lượng tử mở ra các cửa cho sự ngoại giao bảo mật, phân phối tính toán, và hiểu biết sâu sắc hơn về vũ trụ.

Kết luận

Dịch chuyển lượng tử không chỉ là một sự tò mò mà còn là một giao thức thực tế cho phép chuyển giao thông tin về lượng tử mà không di chuyển các hạt mang tính chất truyền tải. bằng cách điều khiển các dây rối và giao tiếp cổ điển, nó giải quyết những giới hạn cơ bản của định lý không thay đổi. tốc độ của tiến bộ thực nghiệm từ hàng km các sợi tới liên kết liên lục địa -- các tinh thần làm cho tính khả năng và tầm quan trọng của việc dịch chuyển. thách thức trong sự trung thành, tính linh hoạt và sự suy giảm môi trường vẫn còn, nhưng quỹ đạo là rõ ràng: sự vận chuyển lượng tử sẽ là một khối xây dựng các hệ thống liên lạc và máy tính tiếp theo.

Để đọc thêm, xin xem bản đề xuất ban đầu của C. H. Bennett et al., và phần trình bày gần đây của việc dịch chuyển lượng tử qua khoảng không gian không rõ của J. Yal Sactal và Einstein-Podolsky-Rosen Kênh . Thí nghiệm vệ tinh bằng cách sử dụng chữ Mus được miêu tả trong [FML: [FML] [T] [T] tại Internet [T] [T].T.T].I.T.I.A.S.: Một bản thảo trình diễn về kỹ thuật có thể tìm thấy tại Internet [F.T] [F.T] [T].T.T.T.T.T.].