量子隱形傳態：物理學家的重大發現

量子隱形傳態是量子信息最重要的協議之一。 基於混淆的物理資源，它的各種信息任務的主要元素，並代表量子技術打在量子計算，網絡和通信的進一步發展中起關鍵作用的一個重要組成部分。

從科幻小說到科學發現

由於量子隱形傳態的發現，這可能是量子力學的“陌生感”的最有趣和令人興奮的後果之一，已經超過二十年。 之前，這些都取得了很大的發現，這種想法屬於科幻小說的境界。 由Charles H.堡術語“遠距傳物”於1931年首先發明已經被用於描述與主體和對象都是從一個地方轉移到另一個過程中，它是不是真的解決它們之間的距離。

1993年，他發表了描述量子信息協議的一篇文章，名為“量子態隱形傳輸”，誰分享了一些上面列出的症狀。 它的物理系統的未知狀態下測量，並隨後再現時，或在遠程站點的“再會”（原系統的物理元件保持在適當位置轉移）。 這個過程需要通信的典型裝置和消除超光速通信。 它需要混亂的生活。 事實上，隱形傳輸可以看作是的，大多數清楚地表明了混亂的性質量子信息的協議：沒有轉印的狀態的存在不會的描述量子力學定律範圍內是可能的。

隱形傳輸在信息科學的發展起到了積極的作用。 在一方面，這是一個概念上的協議，它在正式量子的發展至關重要的作用 信息論， 而另一方面是多種技術的基本組成部分。 的量子中繼器 - 長距離通信的一個關鍵要素。 隱形傳輸量子開關，基於測量和量子網絡計算 - 是其所有衍生物。 它被用作物理的“極端”，臨時曲線和蒸發研究中的一個簡單的工具 黑洞。

今天量子傳輸使用各種基材和技術，包括光子量子位，核磁共振，光學模式，原子團，所捕獲的原子和半導體系統的世界各地的實驗室證實。 傑出的結果與衛星的隱形傳輸範圍今後的實驗已經實現。 此外，嘗試擴展到更複雜的系統。

量子隱形傳態

量子輸送最初是為兩電平系統中，所謂的量子位說明。 考慮到兩個遠程方，叫Alice和Bob，誰分享量子比特2協議，A和B是純糾纏態，也叫貝爾對。 入口處愛麗絲給另一個量子比特，其條件ρ是未知的。 然後，它執行一個聯合量子測量，稱為貝爾的發現。 它攜帶在四個Bell態之一和A。 其結果是，當測量翹該量子位的輸入狀態消失和Bob乙量子位P上^_†ķρPķ同時投影_。 在最後的步驟協議愛麗絲發送其測量鮑勃，誰適用泡利_pk信息操作者，以恢復原始ρ的一個經典的結果。

一個量子位愛麗絲的初始狀態被認為是匿名的，因為否則協議被降低到它的遠程測量。 此外，它本身可以是一個較大的複合系統中，與第三方共享的一部分（在這種情況下成功的隱形傳輸所有需要與該第三方播放相關性）。

量子傳輸的典型的實驗以純的原始狀態，並且屬於一個受限制的字母，例如，六個極的布洛赫球面的。 在重建的狀態的退相干質量的存在可以表示定量準確隱形傳輸˚F∈[0，1]。 Alice和Bob的狀態之間的這種精確度，平均在貝爾和原字母表的所有檢測結果。 對於方法的準確度的較小值存在，允許不複雜的資源不完善的隱形傳輸。 例如，Alice可以直接通過發送鮑勃對所產生的狀態的準備測量其原始狀態。 這種測量培訓戰略被稱為“經典隱形傳輸”。 它有F _級 = 2/3對於任何輸入狀態下，相當於字母相互偏條件如布洛赫球面六個極的最大精度。

因此，使用量子資源的明確指示是精確值F> F _級。

不是一個單一的量子比特

根據量子物理學，量子位的隱形傳輸不受限制，它可以包括多維系統。 對於每個有限測量值d可使用依據其可以從一個給定的最大糾纏狀態下獲得最大糾纏態矢量和一個基礎_【Uķ}酉算滿足^{_{TR（U†ĴÙk）的}}被配製理想方案隱形傳輸=DδJ，K 。 這樣的協議可以被構造為任何有限希爾伯特空間河N. 離散變量的系統。

此外，量子態隱形傳輸可以適用於具有無限的希爾伯特空間系統，稱為連續可變系統。 作為一項規則，它們是由光學玻色子模式，它們可被描述正交運營商的電場來實現。

速度和不確定性原理

什麼是量子態隱形傳輸的速度？ 信息被以類似於相同數量的經典的傳輸速度的速度傳送-可能與 光的速度。 理論上，它可以這樣被使用，如何古典不能 - 例如，在量子計算，其中數據只提供給收件人。

難道量子隱形傳態違反 測不准原理？ 在過去，隱形傳態的想法是不是真的認真對待的學者，因為人們認為它違反了禁止任何測量或掃描過程中提取的所有信息原子或其他物體的原理。 根據不確定性原理，更精確的對象被掃描時，更它是由掃描過程，直到當對象的原始狀態擾亂到更不能獲得足夠的信息來創建副本的程度達到一個點的影響。 這聽起來有說服力的：如果一個人不能從對象中提取信息以創建完美的拷貝，後者無法做到的。

量子隱形傳態傻瓜

但六科學家（查爾斯·貝內特， Zhil Brassar，克勞德·克雷皮，理查德Dzhosa，灰粉佩雷斯和Uilyam Vuters）找到了解決這一邏輯的方式，使用被稱為愛因斯坦-波多爾斯基-羅森量子力學的一個著名的和自相矛盾的特點。 他們發現了一種掃描信息被傳對象A，並經由傳送其他物體的接觸阿從未遵守效果剩餘未經測試的部分。

隨後，通過施加至C曝光取決於掃描的信息可被輸入到狀態A進行掃描。 而且自己也不是在同等條件下的反向掃描過程，從而達到隱形傳輸是不是複製。

該範圍的鬥爭

• 第一量子態隱形傳輸由因斯布魯克大學和羅馬大學的科學家在1997年發生的幾乎同時。 在實驗過程中具有光子源的偏振，以及一對糾纏光子中的一個被改變，使得接收到的第二原始極化光子。 因此，兩個光子從彼此間隔開。
• 在2012年，在97公里的距離是通過高山湖泊定期量子隱形傳態（科學與中國科技大學）。 從上海科學家胡安Iinem領導的一個研究小組成功開發，允許精確定向光束提示機制。
• 九月份，143公里創紀錄的量子態隱形傳輸進行同一年。 從奧地利科學院和維也納的Antona Tsaylingera的指導下，大學的奧科學家已成功發送拉帕爾馬和特內里費的兩個加那利群島之間的量子態。 實驗中所用的開，kvantumnaya和古典，頻率不相關的偏振糾結雙光子源的兩個光通信線路，sverhnizkoshumnye單光子檢測器和離合器的時鐘同步。
• 在2015年，從美國標準和技術研究所的研究人員首次提出的信息超過100公里以上的光纖的距離傳輸。 這使用矽化鉬的超導納米線成為可能得益於研究所創建光子檢測器。

很明顯，一個量子系統或技術的理想尚不存在與未來的重大發現尚未到來。 不過，我們可以嘗試找出隱形傳輸的特定應用可能的候選人。 在合適的雜交他們提供一致的基礎和方法可用於量子隱形傳態及其應用提供了最廣闊的前景。

短距離

隱形傳輸一個短距離（1米），為量子計算子系統有前途的半導體器件，它最好是QED的圖。 特別是，超導量子transmonovye可以保證確定性和高度精確的隱形傳輸芯片。 它們還允許實時，這似乎對光子芯片有問題直接流。 此外，他們提供了更多的可擴展的架構，並更好地整合現有的技術相比以前的方法，如被困離子作為。 目前，這些系統的唯一的缺點顯然是它們有限的相干時間（<100毫秒）。 這個問題可以通過使用QED集成半導體電路自旋合奏的存儲器單元（氮 - 取代的摻雜有稀土元素的空位或晶體），其可以提供一個長的相干時間進行數據存儲的量子來解決。 目前，這種實現是科學界的更大的努力的問題。

市鏈接

我們瞬移到城市規模（幾公里）可以使用光學模式進行開發。 在足夠低的損耗，這些系統提供高速和帶寬。 它們可以從桌面的實現到中程系統與量子存儲器的集合操作在空中或光纖，可能整合進行擴展。 在很長的距離，但較低的速度可以通過混合方法或基於非高斯過程養成良好的中繼器來實現的。

電信

遠距離量子態隱形傳輸（超過100公里）是一個活躍的區域，而是從一個開放的問題仍然困擾。 極化量子位 - 用於低速傳送術在通信的長光纖線路，並通過空氣的最佳載體，但目前的協議是概率由於不完全檢測貝拉。

雖然概率傳輸和纏結是適於應用，例如糾纏和量子加密的蒸餾，但它是從其中輸入信息必須被充分保留了通信明顯不同。

如果我們接受這個概率性質，衛星的實施是現代技術的範圍之內。 除了的跟踪方法的整合，主要的問題是引起的光束的擴展的高損耗。 這可以在纏結從衛星分發到地面望遠鏡具有大孔的結構來克服。 假設在600公里高度和在地面上1米孔徑望遠鏡20厘米衛星孔徑，可以預計約75損耗的分貝在處於地電平小於80分貝損耗的下行信道。 “地球衛星”或“伴侶衛星”的執行情況是比較複雜的。

量子記憶

未來使用的隱形傳態是一個可擴展的網絡的組成部分，直接關係到它的量子存儲的整合。 後者必須具有在效率轉換接口“可輻射物質”，記錄和讀取，時間和存儲容量，高速度和存儲容量的精度方面極好。 首先，它可以讓你使用中繼增強遠遠超出使用的糾錯碼的直接傳輸通信。 良好的量子存儲器的發展將不僅允許分發糾纏傳態網絡通信，而且還連接到處理存儲信息。 最終，這可能變成國際上分佈式的網絡 量子計算機 或量子未來互聯網的基礎。

有希望的發展

核合奏傳統上認為，因為它們的“輕物質”和存儲的他們的毫秒時間段，它可以是最多到全局透射光需要100毫秒有效轉化的吸引力。 然而，更高級的發展目前預計半導體系統，其中，優良的自旋量子合奏存儲器直接與電路QED的可擴展架構集成的基礎上。 該存儲器不僅能延長相干時間電路QED，而且還提供一種用於光通信和芯片微波光子的互變光微波接口。

因此，在量子互聯網領域的科學家的未來發現很可能是基於長途光通信，共軛半導體單元量子信息處理。