Alîen Quantum: ji vedîtinên mezin Fizîknas

alîen Quantum yek di protokolan de ya herî girîng in agahî quantum e. Li ser bingeha çavkaniyên fizîkî yên tevlihev, hêmana sereke ya ji erkên agahî cuda ye û ew nûneriya parçeyeke girîng ya teknolojiya quantum lîstina roleke sereke di pêşveçûna zêdetir ya computing quantum, toren û ragihandinê de.

Ji texmînên ku zanist û vedîtina zanistî

Ev hatiye ser du salan û vir ve vedîtina ji alîen quantum, e ku dibe ku yek ji encamên herî balkêş û bi heyecan ji "biyanîtiyê de" yên mekanîka qûantan kiriye. Berî van vedîtinên mezin hatine kirin, ev fikra ku meydana romanê de zanist bû. Di destpêkê de, 1931 by Charles H. Fort term "alîen" folklor hatiye ji ber ku ji bo danasîna pêvajoya ku bedenê û tiştên ku bi ji yek cihê de ji hev veguhestin hatiye bikaranîn, ku bi rastî ser keve ji dûr ve di navbera wan de ne.

Di sala 1993 de ew gotarek derbarê protokola agahî quantum, bi navê "alîen quantum", ku hin ji yên ku nîşanên jorê hevbeş weşandin. Ev dewleta nenas sîstema fîzîkî tê pîvandin û di pey re de çap kirine, an jî "ji nû ve diçe" li malpera dûr (hêmanên fizîkî yên ku sîstema original li veguhastina cihê bimîne). Ev pêvajoya pêdivî bi amûrên klasîk yên ragihandinê û ragihandinê superluminal tasfiye dike. Ev pêdiviya jiyana ji tevlîheviyên. Di rastiyê de, alîen dikarin wek protokola agahî quantum ku herî zelal nîşan dide ku xwezaya tevlihev bînrawe: bêyî hebûna dewletê yên ji bo veguhestina ne gengaz di çarçoveya qanûnên ku salix mekanîka qûantan de be.

Alîen ku rolekî aktîf di pêşketina zanistê yên agahî lîstiye. Li aliyekî, ev protokola têgehî, ku roleke girîng di pêşvebirina a quantum fermî dilîze e teoriya agahî, û li aliyê din jî perçeyek girîng ên gelek teknolojiyên e. The repeater quantum - hêmanekî klît ragihandinê dirêj-dûr. Alîen switches quantum, computation li ser bingeha pîvana û tora quantum - hemû berhemên wî de ne. Ev wek alaveke sade ji bo lêkolîna "tundrew" ên fîzîkê de, li ser curves demî û evaporation bikaranîn ên çalên reş hene.

Îro alîen qûantan a li taqîgehan li seranserê cîhanê bi bikaranîna cîhêreng ên substrates û teknolojiyên, di nav de qubits photonic, keyf magnetic navokî, wasîteyên optîk, komên ji atoman, atoman di bodroma û sîstemên semiconductor piştrast kir. results Outstanding li range alîen tecrûbeyên wer bi peykên bi cî bûye. Ji bilî vê, hewldanên ji bo bilindkirina asta ji sîstemên tevlîhev bûn.

alîen ji qubits

alîen Quantum yekem ji bo sîstemên-level du, ji qubits da-navê ravekirin. Protokola ji ber du partiyên ji dûr ve, bi navê Alice û Bob, ku qubit 2 re, A û B li dewletê mayînê de dilpak in, bi cotek Bell kir. Li ber deriyê Alice dayîn qubit û din, ku ρ rewşa ne diyar e. Ev piştre performs a pîvandinê de quantum hevbeş, bi navê vedîtina Bell. Ev hildigire û A in ku yek ji çar welatên Bell. Di encama vê çalakiyê de, dewlet input ji qubit dema Alice pîvandin de winda dibe û Bob B bi hev re qubit li ser P ^† _k ρP _{k projeya.} Di protokola gav cara Alice encama klasîk yên amerîkayê xwe Bob, ku Pauli P _k operator ji bo dîsaçêkirina vê ρ original guwastinewey.

Dewletê de ji destpêkê a qubit Alice tê hesibandin gelêrî, ji ber ku eger protokola ji bo pîvandinê de ji dûr ve xwe kêmkirin. Li gel vê jî, ew dikare bi xwe be jî beşek ji sîstema re hevedudaniya mezintir, parvekirin bi partiya sêyem (di vê rewşê de alîen serkeftî hemû pêwîst dihêt playback bi vê partiya sêyem).

A ceribandineke balkêş e ji alîen quantum digire dewletê original paqij û mensûbê a alfabeya sînorkirin, ji bo nimûne, şeş, destû ji qada Bloch. Li pêş yên bi kalîte decoherence ya dewleta federalî dikare were îfade çawayetî rasteqîne ∈ alîen F [0, 1]. Ev rastbûna di navbera dewletan de ji Alice û Bob, li ser hemû encamên vê tespîtê ji Bell û alfabeya orjînal vedîtîye. Ji bo nirxên biçûk yên ji bo şaşitî û rêbazên hene, û rê bo alîen ji lêker bê çavkaniyê binirxîne tevliheviya. Ji bo nimûne, Alice rasterast dewletê wê ya orjînal bi şandina Bob ji bo amade kirina dewletê dawî bipîvin. Ev stratejiya pîvana-perwerdeya ji bo wekî "alîen klasîk." Ev heye, herî zêde rastiya F _class = 2/3 ji bo her dewlet input, ji pêwistiyên miqabila bi şert û mercên bi brayetî û bêalî, wek qada Bloch şeş dîrekên.

Bi vî awayî, yek ji nîşana zelal ji bikaranîna çavkaniyên quantum nirxê azmûn F> _class F _ye.

Not a qubit single

Li gor fîzîka quantum, alîen ji qubits ne bisînor e, ew dikarin di nava sîstema pir-rehendî. Ji bo her karekî û aqilê d dikare bê formulekirin alîen xaxê îdeal bikaranîna bingehê dîkîn vectors bizivirin dewletê, ku dikare ji dewleta dîkîn xirűciręn mezin daye bidestxistin û bingeha {U _k} operatorên unîter têr kirin ^{_{tr (U † j U k)}} = dδ j, k . Bi vî rengî protokola dikare ji bo hemû dunyayê-Hilbert space r. N. çêkirin sîstemên variable demdiyarkirî.

Ji bilî vê, alîen quantum dikarin ji sîstemên bi Hilbert ji her demê ra, bi navê sîstemên tim-variable derbas dibe. Wek qaîde, ew bi destê wasîteyên boson optîk e, di warê elektrîkê ku dikare were rave operatorên quadrature fêm kir.

Speed û nehatê, prensîba

leza alîen quantum çi ye? Information li a speed similar to leza ji nifşekî ji hejmara heman yên klasîk têne veguhestin - dibe bi leza ronahiyê. Di teorîyê de, ev bi vî awayî dikarin bên bikaranîn, çawa klasîk nikarin - ji bo nimûne, di computing quantum, li cihê ku welat tenê ji wergirê de berdest in.

Ma alîen quantum binpê Prensîbê Zelûlî de? Di dema borî de, bi fikra ji alîen ye bi rastî bi giranî ji aliyê akademîsyen binçavkirin ne, ji ber ku ew bawer bû ku wê îhlala rêgeza qedexe ti bi pîvana an sęyemîn pêvajoyê de ji bo derxistin û hemû atom agahî an object din. Li gor prensîpa neronahî de, bi awayeke li object ber çavan e, bêtir ku bi pêvajoya cîhanşimûlî bandor heta qonaxa ye ku dewleta resen ên object dinalim, bo wê radeyê ku zêdetir dikarin agahî bes ji bo afirandina a replica bi dest bê. Ev dengên baweriyeke: eger yekî dikarin agahî ji object derxe ne ji bo afirandina kopî perfect, ya dawîyê de nikare bê kirin.

Alîen Quantum bo Dummies

Lê şeş zanyar (Charles Bennett, Zhil Brassar, Claude Crépeau, Richard Dzhosa, Aşêr Peres, û Uilyam Vuters) bi awayekî li dora vê mantiqa dîtin, bi bikaranîna taybetiya tê pîrozkirin û vedikêşe mekanîka qûantan zanîn weke Einstein-Podolsky-Rosen. Ew bi awayekî ku bê dahûrandin agahiyên teleported object A, û para û bilez mayî bi rêya bandora transfer tiştên din re di têkiliyê de A qet nemîne dîtin.

Piştre, li walîtî û stembar C, agahdariyên ji arşîvan girêdayî dikarin bên nav dewletê A ya lêgerînê ketin. Û bi xwe jî xwe di rewşa eynî wekî pêvajoya cîhanşimûlî serast ne, bi vî awayî pêk alîen, ne Epiderm e.

Têkoşîna ji bo range

• Ya yekem, alîen quantum cihê di sala 1997 de hema hema bi carekê ji aliyê zanayên ji Zanîngeha Innsbruck û ji Zanîngeha Romayê girt. Di dema ezmûna a source photon ku dubendiyeke, û yek ji cotek fotonê mayînê de hatiye guhertin, da ku ya diduyan photon dubendîyê eslî. Bi vî awayî hem Wexta em bi ji hev û din di bernameya.
• Di sala 2012 de, ji dûr ve li 97 km bû alîen quantum bi rêkûpêk (Zanîngeha Çînê of Science and Technology) bi riya golê alpine heye. A tîma ji zanyarên ji Shanghai by Juan Iinem birin navborî bi pêş de mekanîzma Suggestive ku destûr girş di anketê de hedef.
• Di meha îlonê de, a alîen quantum record li ser 143 km derve di heman salê de pêk hat. zanyar Awûstûryayê ji Akademiya Zanistî ya li Austria û li Zanîngeha Viyanayê di bin rêveberiya Antona Tsaylingera serkeftin dewletên quantum di navbera her du Giravên Kanarya ya La Palma û Tenerife veguhestin. Ezmûna bikaranîn du xetên ragihandinê optîk e ku di vekirî, kvantumnaya û klasîk, frequency dubendîyê uncorrelated tevlîhev cotek çavkaniyên fotonê, sverhnizkoshumnye rêk single-photon û hevdemkirinê saetê qîrînê.
• Di 2015 de, lêkolînerên ji Enstîtuya Netewî ya Amerîkî ji Standardî û Technology ji bo cara yekemîn ji bo veguhestina agahiyan li ser, ji dûr ve bêtir ji 100 km ji fiber optîk çêkirin. Ev bi saya mimkun peymangeha afirandin detector photon bikaranîna nanowires superconducting ji silicide molîbden çêkirin.

Ev zelal e ku îdeal ji sîstema quantum an teknolojiya hîn tune ne, û vedîtinên mezin yên pêşerojê de ye hê ku bên. Lê dîsa jî, em dikarin hewl bidin ji bo diyarkirina namzetan ji bo sepanên taybet ji alîen. durehîkirî Suitable wan bingehê hevgirtî ne, û rêbazên ku di pêşerojê de, soza herî bo alîen quantum û sepanên xwe ne.

dûr û kurt

Alîen dûr kurt de (1 m) wekî Q computation quantum cîhazên semiconductor hêviyê, ya herî baş ya ku diagram ji QED e. Bi taybetî jî, qubits superconducting transmonovye dikarin chip alîen deterministic û pir rasteqîne de misoger dike. Ew jî rê nadin herikîna direct yên rast-time, xuya ye ku pirsgirêk li ser chips photonic. Li gel vê, ew a mîmariya Comment zêdetir, û entegrasyonê baştir ji teknolojiya heyî li gorî nêzîkatiyên xwe yên berê, wekî nebûbûn de hepsî ne. Niha, bi tenê zerereke ji van sîsteman xuya demê de ahenga sînorkirî xwe (<100 çirkan) e. Ev pirsgirêk dikare bi bikaranîna entegrasyonê QED bi şebekeyên semiconductor dirêsin hucreyên bîra ensemble (nîtrojen-alternatîv bi sîmsar an cama doped bi hêmanên erdê kêm), ku dikare di demeke hemahengî dirêj ji bo quantum ji depo welat ne çareserkirin. Niha, ev pêkanînên pirseke ji bo hewldanên mezintir ji civata zanistî ye.

link City

Me ji bi pîvana bajarê (çend kîlometreyan) Teleport dikarî bê bikaranîna awayên optîk pêşxistin. Jidestdana têra xwe kêm, ev sîstemên ne leza bilind û bandwidth. Ew dikare ji pêkanînên desktop ji sîstemên medium-range xebatê yên li ser air an fiber optîk e, bi întegrasyona bi ensemble ji bîra quantum dirêjkirin. Li ser dûr û dirêj, di heman demê de bi leza dikare ji aliyê nêzîkatiya hybrid an jî bi pêş repeaters baş li ser pêvajoyên non-Gaussian bidestxistin.

bêşkêşî

Long-dûr alîen quantum (100 km) li herêma çalak e, lê dîsa jî ji pirsgirêkê vekirî dikşînin. qubits Polarisation - the best carriers bo Teleport kêm-speed ser dirêj xetên fiber fiber yên ragihandinê û bi rêya hewayî, lê niha li protokola ji ber tespîtkirinê ne temam Bella a probabilistic e.

Tevî ku alîen probabilistic û entanglement minasib ji bo sepanên wekî Distillation ji entanglement û cryptography quantum in, lê belê ev e zelal cuda ji ragihandinê li ku agahiyên input divê bi tevahî bê parastin.

Eger em vê xwezayê probabilistic dipejirînî, û bicihanîna vê satelîtê di nava bigihijinê û teknolojiya modern in. Li gel întegrasyona rêbazên kişif, pirsgirêka sereke ya windahiyên bilind, ku ji ber belavkirina bi yên ku girş in. Ev dikare di veavakirina ku entanglement ji satelîtê bi teleskopa çûkên bi aperture mezin belavkirin ser keve. Bihesibînin aperture satelîtê yên 20 cm at 600 height km û 1 m ji aliyź aperture li ser erdê, kes nikare li ser 75 dB windakirina di kanalekê de downlink e ku kêmtir ji 80 windakirina dB di asta erdê çaverê dikin. Bicîanîna "satelîtê erdê" an "satelîtê hevalê" tevlîhev in.

bîra quantum

bikaranîna Future of alîen ku wekî beşek ji tora Comment re rasterast têkildar bo entegrasyona xwe ya bi bîra quantum e. Ji van ya dawî divê hemûçkan di warê berevpêşbirina virtual converter "tîrêjên-mijarê ', an rastiya recording û xwendin, dem û kapasîteya depo, leza bilind û kapasîteya depo hene. Berî her tiştî ew destûrê dide te ku bikaranîna repeaters ji bo başkirina ragihandinê dûr ji derveyî veguhastina rasterast bi bikaranîna kodên correction error. The pêşketina bîra quantum baş dê destûrê ne bi tenê ji bo belavkirin entanglement û ragihandinê ya torê alîen, di heman demê de jî girêdayî Pêvajoya agahî veşartin. Di dawiyê de, ev dikare di nav tora yên belavkirin navnetewî rû dibe quantum an jî bingeha ji bo Internet quantum pêşerojê.

pêşveçûnên

muzîkvan û navokî bi kevneşopî ji ber ku digîhîje efektîv xwe yên li ser "light-mijarê de" û di demên millisecond xwe ji depo, ku dikare heta 100 çirkan de pêwîst bo vîdeoyên ronahî ya cîhanê be balkêş hesibandin. Lê belê, pêşketinên zêdetir pêşde bi niha li ser bingeha pergalên semiconductor, ku spin baş bîra quantum ensemble rasterast bi mîmariya Comment ji circuit QED yekpare payîn. Ev bîra tenê bi dirêjkirina dema hevgirêdan, circuit QED, di heman demê de jî ji bo ne virtual optîk e-mîkro bo interconversion ji bêşkêşî û chip fotonê mîkro êlmanî.

Bi vî awayî, vedîtinên pêşeroja zanyar di warê internet de quantum in, dibe ku li ser ragihandinê çavan ji dûr, yekîneyên semiconducting bireserê ji bo muamelekirina agahî quantum bingeha were.