Квантовая телепортация. Квантовой телепортации

Квантовая телепортация: Туннель | Иная реальность

Сериал «Звездные врата» и фильм «Контакт», не говоря уже о многочисленных книжках, сделали идею телепортации обыденной, если не сказать банальной.

Квантовая телепортация: Туннель

Герои мгновенно перемещаются между точками пространства — для них это привычные путешествия или рутинная работа. Современная наука допускает такую возможность, вот только со скоростью перемещения не все гладко.

В фантастических мирах, придуманных писателями и сценаристами, телепортация давно стала стандартной транспортной услугой. Кажется, сложно найти настолько же быстрый, удобный и в то же время интуитивно понятный способ перемещения в пространстве.

Красивую идею телепортации поддерживают и ученые: еще основатель кибернетики Норберт Винер в своей работе «Кибернетика и общество» посвятил «возможности путешествовать при помощи телеграфа» целую главу. С тех пор прошло полвека, и за это время мы почти вплотную приблизились к мечте человечества о таких путешествиях: в нескольких лабораториях мира осуществлена успешная квантовая телепортация.

Основы

Почему телепортация именно квантовая? Дело в том, что квантовые объекты (элементарные частицы или атомы) обладают специфическими свойствами, которые обусловлены законами квантового мира и в макромире не наблюдаются. Именно такие свойства частиц и послужили основой экспериментов по телепортации.

ЭПР-парадокс

В период активного развития квантовой теории, в 1935 году, в знаменитой работе Альберта Эйнштейна, Бориса Подольского и Натана Розена «Может ли квантово-механическое описание реальности быть полным?» был сформулирован так называемый ЭПР-парадокс (парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена).

Авторы показали, что из квантовой теории следует: если есть две частицы A и B с общим прошлым (разлетевшиеся после столкновения или образовавшиеся при распаде некоторой частицы), то состояние частицы B зависит от состояния частицы A и эта зависимость должна проявляться мгновенно и на любом расстоянии. Такие частицы называют ЭПР-парой и говорят, что они находятся в «запутанном» состоянии.Прежде всего напомним, что в квантовом мире частица — это объект вероятностный, то есть она может находиться в нескольких состояниях одновременно — например, может быть не просто «черной» или «белой», а «серой». Однако при измерении такой частицы мы всегда увидим только одно из возможных состояний — «черное» или «белое», причем с определенной предсказуемой вероятностью, а все остальные состояния при этом разрушатся. Более того, из двух квантовых частиц можно создать такое «запутанное» состояние, что все будет еще интереснее: если одна из них окажется при измерении «черной», то другая — непременно «белой», и наоборот!

Чтобы разобраться, в чем же заключается парадокс, сначала проведем опыт с макроскопическими объектами. Возьмем два ящика, в каждом из которых лежат по два шара — черный и белый. И отвезем один из этих ящиков на Северный полюс, а другой на Южный.

Если мы вынем на Южном полюсе один из шаров (например, черный), то это никак не повлияет на результат выбора на Северном полюсе. Совершенно не обязательно, что там нам в этом случае попадется именно белый шар. Этот простой пример подтверждает, что наблюдать ЭПР-парадокс в нашем мире невозможно.

Но в 1980 году Алан Аспект экспериментально показал, что в квантовом мире ЭПР-парадокс действительно имеет место. Специальные измерения состояния ЭПР-частиц A и B показали, что ЭПР-пара не просто связана общим прошлым, но частица B каким-то образом мгновенно «узнает» о том, как была измерена частица A (какую ее характеристику измеряли) и какой получился результат. Если бы речь шла об упомянутых выше ящиках с четырьмя шарами, то это означало бы, что вынув на Южном полюсе черный шар, на Северном полюсе мы непременно должны вынуть белый! Но ведь взаимодействия между A и B нет и сверхсветовая передача сигнала невозможна! В последующих экспериментах существование ЭПР-парадокса подтверждалось, даже если частицы ЭПР-пары были удалены друг от друга на расстояние порядка 10 км.

Эти совершенно невероятные с точки зрения нашей интуиции опыты легко объясняются квантовой теорией. Ведь ЭПР-пара как раз представляет собой две частицы в «запутанном» состоянии, а значит, результат измерения, например, частицы A определяет результат измерения частицы B.

Интересно, что Эйнштейн считал им же предсказанное поведение частиц в ЭПР-парах «действием демонов на расстоянии» и был уверен, что ЭПР-парадокс лишний раз демонстрирует несостоятельность квантовой механики, которую ученый отказывался принимать. Он полагал, что объяснение парадокса неубедительно, ведь «если согласно квантовой теории наблюдатель создает или может частично создавать наблюдаемое, то мышь может переделать Вселенную, просто посмотрев на нее».

Эксперименты по телепортации

В 1993 году Чарльз Беннет и его коллеги придумали, как можно использовать замечательные свойства ЭПР-пар: они изобрели способ переноса квантового состояния объекта на другой квантовый объект с помощью ЭПР-пары и назвали этот способ квантовой телепортацией. А в 1997 году группа экспериментаторов под руководством Антона Цайлингера впервые осуществила квантовую телепортацию состояния фотона. Схема телепортации подробно описана на врезке.

Ограничения и разочарования

Принципиально важно, что квантовая телепортация — это перенос не объекта, а только неизвестного квантового состояния одного объекта на другой квантовый объект. Мало того, что квантовое состояние телепортируемого объекта так и остается для нас тайной, оно к тому же необратимо разрушается. Но в чем мы можем быть совершенно уверены, так это в том, что получили идентичное состояние другого объекта в другом месте.

Тех, кто рассчитывал, что телепортация будет мгновенной, ждет разочарование. В способе Беннета для успешной телепортации необходим классический канал связи, а значит, и скорость телепортации не может превышать скорость передачи данных по обычному каналу.

И пока совершенно неизвестно, удастся ли перейти от телепортации состояний частиц и атомов к телепортации макроскопических объектов.

Применение

Практическое применение для квантовой телепортации нашлось быстро — это квантовые компьютеры, где информация хранится в виде набора квантовых состояний. Тут квантовая телепортация оказалась идеальным способом передачи данных, который принципиально исключает возможность перехвата и копирования передаваемой информации.

Дойдет ли очередь до человека?

Несмотря на все современные достижения в области квантовой телепортации, перспективы телепортации человека остаются весьма туманными. Конечно, хочется верить, что ученые что-нибудь придумают. Еще в 1966 году в книге «Сумма технологии» Станислав Лем писал: «Если нам удастся синтезировать из атомов Наполеона (при условии, что в нашем распоряжении имеется его «поатомная опись»), то Наполеон будет живым человеком. Если снять подобную опись с любого человека и передать ее «по телеграфу» на приемное устройство, аппаратура которого на основе принятой информации воссоздаст тело и мозг этого человека, то он выйдет из приемного устройства живым и здоровым».

Однако практика в этом случае намного сложнее теории. Так что нам с вами вряд ли придется попутешествовать по мирам с помощью телепортации, а тем более — с гарантированной безопасностью, ведь достаточно одной ошибки и можно превратиться в бессмысленный набор атомов. Вот опытный галактический инспектор из романа Клиффорда Саймака знает в этом толк и не зря считает, что «те, кто берется за передачу материи на расстояние, должны бы прежде научиться делать это как положено».

Телепортированное состояние

Квантовая телепортация: Туннель

Пусть у нас есть удаленные друг от друга наблюдатели A — Алиса и B — Боб (такие имена даны наблюдателям во всех работах по квантовой телепортации). У Алисы есть фотон A в неизвестном состоянии, а у Боба — фотон B. Необходимо перевести фотон B у Боба в такое же состояние, как фотон A (что и будет телепортацией состояния фотона A на фотон B).

Для этого производятся следующие действия.

В некоторой точке создается ЭПР-пара из фотонов B и B1, а потом фотон B переносится в точку, где находится Боб, а фотон B1 — в точку, где находится Алиса.

Затем производится измерение Алисиной системы, состоящей из фотонов A и B1. В результате этого измерения часть квантовой информации о частице B1 (как составной части системы A+B1) за счет свойств ЭПР-пары мгновенно передается частице B, а состояния частиц A и B1 разрушаются. При этом полную информацию о системе A+B1 мы уже знаем и можем передать ее Бобу по классическому каналу связи.

Бобу заранее известно, что измерение системы A+B1 может дать несколько возможных результатов. Каждому из них Боб может поставить в соответствие специально вычисленное корректирующее преобразование — такое, что если применить его к частице B, то ее состояние станет тождественным состоянию частицы A. Таким образом, при получении от Алисы информации об измерении, Бобу остается только выбрать нужное преобразование и применить его.

В результате так и оставшееся неизвестным состояние Алисиного фотона A исчезает, зато возникает идентичное ему состояние фотона B у Боба.

othereal.ru

Квантовая телепортация Википедия

Ква́нтовая телепорта́ция — передача квантового состояния на расстояние при помощи разъединённой в пространстве сцепленной (запутанной) пары и классического канала связи, при которой состояние разрушается в точке отправления при проведении измерения, после чего воссоздаётся в точке приёма. Термин установился благодаря опубликованной в 1993 году статье[1] в журнале «Physical Review Letters», где описано, какое именно квантовое явление предлагается называть «телепортингом» (англ. teleporting) и чем оно отличается от популярной в научной фантастике «телепортации». Квантовая телепортация не передаёт энергию или вещество на расстояние.

Описание эксперимента[ | код]

При осуществлении квантовой телепортации помимо передачи информации по квантовому каналу, необходимо также осуществить передачу дополнительной информации, необходимой для прочтения сообщения, по классическому каналу. Для передачи «квантовой части» используются характерные для квантово-запутанных частиц корреляции Эйнштейна — Подольского — Розена, а для передачи классической информации годится любой обычный канал связи.

Для простоты рассмотрим квантовую систему с двумя возможными состояниями ψ1{\displaystyle \psi _{1}} и ψ2{\displaystyle \psi _{2}} (например, проекцию спина электрона или фотона на заданную ось). Такие системы часто называют кубитами. Однако описанный ниже способ пригоден для передачи состояния любой системы, имеющей конечное число состояний.

Пусть у отправителя есть частица А, находящаяся в произвольном квантовом состоянии ψA=αψ1+βψ2{\displaystyle \psi _{A}=\alpha \psi _{1}+\beta \psi _{2}}, и он хочет передать это квантовое состояние получателю, то есть сделать так, чтобы у получателя оказалась в распоряжении частица B в том же самом состоянии. Иными словами, необходимо передать отношение двух комплексных чисел α{\displaystyle \alpha } и β{\displaystyle \beta } (с максимальной точностью). Заметим, что главная цель здесь — это передать информацию не как можно быстрее, а как можно точнее. Для достижения этой цели выполняются следующие шаги.

Отправитель и получатель договариваются заранее о создании пары квантово-запутанных частиц C и B, причём C попадёт отправителю, а B — получателю. Поскольку эти частицы запутаны, то каждая из них не обладает своей волновой функцией (вектором состояния), но вся пара целиком (а точнее, интересующие нас степени свободы) описываются единым четырёхмерным вектором состояния ψBC{\displaystyle \psi _{BC}}.

Квантовая система частиц A и C имеет четыре состояния, однако мы не можем описать её состояние вектором — чистым (полностью определённым) состоянием обладает лишь система из трёх частиц A, B, C. Когда отправитель совершает измерение, имеющее четыре возможных исхода, над системой из двух частиц A и C, он получает одно из 4 собственных значений измеряемой величины. Поскольку при этом измерении система из трёх частиц A, B, C коллапсирует в некое новое состояние, причём состояния частиц A и C становятся известны полностью, то сцепленность разрушается и частица B оказывается в некотором определённом квантовом состоянии.
Именно в этот момент происходит как бы «передача» «квантовой части» информации. Однако восстановить передаваемую информацию пока невозможно: получатель знает, что состояние частицы B как-то связано с состоянием частицы A, но не знает как именно!

Для выяснения этого необходимо, чтобы отправитель сообщил получателю по обычному классическому каналу результат своего измерения (затратив при этом два бита, соответствующие зацепленному состоянию AC, измеренному отправителем). По законам квантовой механики получается, что, имея результат измерения, проведённого над парой частиц A и C, и плюс к тому запутанную с C частицу B, получатель сможет совершить необходимое преобразование над состоянием частицы B и восстановить исходное состояние частицы A.

Полная передача информации осуществится только после того, как получатель будет обладать данными, полученными по обоим каналам. До того как получен результат по классическому каналу, получатель ничего не может сказать о переданном состоянии.

Фантастическое понятие телепортаци

ru-wiki.ru

Квантовая телепортация — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Отправитель и получатель договариваются заранее о создании пары квантово-запутанных частиц C и B, причём C попадёт отправителю, а B — получателю. Поскольку эти частицы запутаны, то каждая из них не обладает своей волновой функцией (вектором состояния), но вся пара целиком (а точнее, интересующие нас степени свободы) описываются единым четырёхмерным вектором состояния ψBC{\displaystyle \psi _{BC}}.
Квантовая система частиц A и C имеет четыре состояния, однако мы не можем описать её состояние вектором — чистым (полностью определённым) состоянием обладает лишь система из трёх частиц A, B, C. Когда отправитель совершает измерение, имеющее четыре возможных исхода, над системой из двух частиц A и C, он получает одно из 4 собственных значений измеряемой величины. Поскольку при этом измерении система из трёх частиц A, B, C коллапсирует в некое новое состояние, причём состояния частиц A и C становятся известны полностью, то сцепленность разрушается и частица B оказывается в некотором определённом квантовом состоянии.
Именно в этот момент происходит как бы «передача» «квантовой части» информации. Однако восстановить передаваемую информацию пока невозможно: получатель знает, что состояние частицы B как-то связано с состоянием частицы A, но не знает как именно!
Для выяснения этого необходимо, чтобы отправитель сообщил получателю по обычному классическому каналу результат своего измерения (затратив при этом два бита, соответствующие зацепленному состоянию AC, измеренному отправителем). По законам квантовой механики получается, что, имея результат измерения, проведённого над парой частиц A и C, и плюс к тому запутанную с C частицу B, получатель сможет совершить необходимое преобразование над состоянием частицы B и восстановить исходное состояние частицы A.

Фантастическое понятие телепортации происходит из специфичной интерпретации эксперимента: «исходное состояние частицы A после всего произошедшего разрушается. То есть состояние было не скопировано, а перенесено из одного места в другое».

Экспериментальная реализация квантовой телепортации поляризационного состояния фотона была осуществлена в 1997 году почти одновременно группами физиков под руководством Антона Цайлингера (Университет Инсбрука)[2] и Франческо де Мартини (Университет Рима)[3].
В журнале Nature за 17 июня 2004 года было объявлено об успешном экспериментальном наблюдении квантовой телепортации квантового состояния атома сразу двумя исследовательскими группами: M.Riebe et al., Nature 429, 734—737 (телепортация квантового состояния иона атома кальция) и M.D.Barrett et al., Nature 429, 737—739 (телепортация кубита на основе иона атома бериллия). Несмотря на поднявшуюся шумиху в средствах массовой информации, эти эксперименты вряд ли можно назвать прорывом: скорее это просто очередной большой шаг в направлении создания квантовых компьютеров и реализации квантовой криптографии.
В 2006 году была впервые осуществлена телепортация между объектами разной природы — квантами лазерного излучения и атомами цезия. Успешный эксперимент был произведён исследовательской группой из Института Нильса Бора в Копенгагене.[4]
23 января 2009 года учёным впервые удалось телепортировать квантовое состояние иона на один метр.[5][6]
10 мая 2010 года в эксперименте, поставленном физиками из Научно-технического университета Китая и Университета Цинхуа, проводилась передача квантового состояния фотона на 16 километров.[7][8]
В 2012 году китайским физикам удалось за 4 часа передать 1100 запутанных фотонов на расстояние 97 километров.[9][10]
В сентябре 2012 года физики из Университета Вены и Академии наук Австрии установили новый рекорд в квантовой телепортации — 143 километра[11]
В статье, опубликованной 21 сентября 2014, группа ученых заявила о том, что удалось квантово телепортировать фотон в оптоволокне на рекордное (для оптоволокна) расстояние — 25 километров[12][13][14][15].
В сентябре 2015 года учёным из Национального института стандартов и технологий США удалось телепортировать фотоны по оптоволокну на расстояние свыше 100 км. В ходе эксперимента использовался однофотонный детектор со сверхпроводящими кабелями на силициде молибдена при температуре, близкой к абсолютному нулю[16].
В июне 2017 года китайские учёные осуществили квантовую телепортацию на расстояние свыше 1200 километров[17][18].

ru.wikiyy.com

Квантовая телепортация — Википедия (с комментариями)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Ква́нтовая телепорта́ция — передача квантового состояния на расстояние при помощи разъединённой в пространстве сцепленной (запутанной) пары и классического канала связи, при которой состояние разрушается в точке отправления при проведении измерения, после чего воссоздаётся в точке приёма. Термин установился благодаря опубликованной в 1993 году статье[1] в журнале «Physical Review Letters», где описано, какое именно квантовое явление предлагается называть «телепортацией» (англ. teleporting) и чем оно отличается от популярной в научной фантастике «телепортации». Квантовая телепортация не передаёт энергию или вещество на расстояние.

Описание эксперимента

К:Википедия:Статьи без источников (тип: не указан)

Для простоты рассмотрим квантовую систему с двумя возможными состояниями <math>\psi_1</math> и <math>\psi_2</math> (например, проекцию спина электрона или фотона на заданную ось). Такие системы часто называют кубитами. Однако описанный ниже способ пригоден для передачи состояния любой системы, имеющей конечное число состояний.

Пусть у отправителя есть частица А, находящаяся в произвольном квантовом состоянии <math>\psi_A = \alpha \psi_1 + \beta \psi_2</math>, и он хочет передать это квантовое состояние получателю, то есть сделать так, чтобы у получателя оказалась в распоряжении частица B в том же самом состоянии. Иными словами, необходимо передать отношение двух комплексных чисел <math>\alpha</math> и <math>\beta</math> (с максимальной точностью). Заметим, что главная цель здесь — это передать информацию не как можно быстрее, а как можно точнее. Для достижения этой цели выполняются следующие шаги.

Отправитель и получатель договариваются заранее о создании пары квантово-запутанных частиц C и B, причём C попадёт отправителю, а B — получателю. Поскольку эти частицы запутаны, то каждая из них не обладает своей волновой функцией (вектором состояния), но вся пара целиком (а точнее, интересующие нас степени свободы) описываются единым четырёхмерным вектором состояния <math>\psi_{BC}</math>.
Квантовая система частиц A и C имеет четыре состояния, однако мы не можем описать её состояние вектором — чистым (полностью определённым) состоянием обладает лишь система из трёх частиц A, B, C. Когда отправитель совершает измерение, имеющее четыре возможных исхода, над системой из двух частиц A и C, он получает одно из 4 собственных значений измеряемой величины. Поскольку при этом измерении система из трёх частиц A, B, C коллапсирует в некое новое состояние, причём состояния частиц A и C становятся известны полностью, то сцепленность разрушается и частица B оказывается в некотором определённом квантовом состоянии.
Именно в этот момент происходит как бы «передача» «квантовой части» информации. Однако восстановить передаваемую информацию пока невозможно: получатель знает, что состояние частицы B как-то связано с состоянием частицы A, но не знает как именно!
Для выяснения этого необходимо, чтобы отправитель сообщил получателю по обычному классическому каналу результат своего измерения (затратив при этом два бита, соответствующие зацепленному состоянию AC, измеренному отправителем). По законам квантовой механики получается, что, имея результат измерения, проведённого над парой частиц A и C, и плюс к тому запутанную с C частицу B, получатель сможет совершить необходимое преобразование над состоянием частицы B и восстановить исходное состояние частицы A.

Экспериментальная реализация

Экспериментальная реализация квантовой телепортации поляризационного состояния фотона была осуществлена в 1997 году почти одновременно группами физиков под руководством Антона Цайлингера (Университет Инсбрука)[2] и Франческо де Мартини (Университет Рима)[3].
В журнале Nature за 17 июня 2004 года было объявлено об успешном экспериментальном наблюдении квантовой телепортации квантового состояния атома сразу двумя исследовательскими группами: [www.nature.com/cgi-taf/DynaPage.taf?file=/nature/journal/v429/n6993/abs/nature02608_fs.html M.Riebe et al., Nature 429, 734—737] (телепортация квантового состояния иона атома кальция) и [www.nature.com/cgi-taf/DynaPage.taf?file=/nature/journal/v429/n6993/abs/nature02608_fs.html M.D.Barrett et al., Nature 429, 737—739] (телепортация кубита на основе иона атома бериллия). Несмотря на поднявшуюся шумиху в средствах массовой информации, эти эксперименты вряд ли можно назвать прорывом: скорее это просто очередной большой шаг в направлении создания квантовых компьютеров и реализации квантовой криптографии.
В 2006 году была впервые осуществлена телепортация между объектами разной природы — квантами лазерного излучения и атомами цезия. Успешный эксперимент был произведён исследовательской группой из Института Нильса Бора в Копенгагене.[4]
23 января 2009 года учёным впервые удалось телепортировать квантовое состояние иона на один метр.[5][6]
10 мая 2010 года в эксперименте, поставленном физиками из Научно-технического университета Китая и Университета Цинхуа, проводилась передача квантового состояния фотона на 16 километров.[7][8]
В 2012 году китайским физикам удалось за 4 часа передать 1100 запутанных фотонов на расстояние 97 километров.[9][10]
В сентябре 2012 года физики из Университета Вены и Академии наук Австрии установили новый рекорд в квантовой телепортации — 143 километра[11]
В сентябре 2015 года учёным из Национального института стандартов и технологий США удалось телепортировать фотоны по оптоволокну на расстояние свыше 100 км. В ходе эксперимента использовался однофотонный детектор со сверхпроводящими кабелями на силициде молибдена при температуре, близкой к абсолютному нулю[12].

См. также

Напишите отзыв о статье "Квантовая телепортация"

Примечания

↑ Bennett C., Brassard G., et al. Teleporting an unknown quantum state via dual classical and Einstein-Podolsky-Rosen channels // Physical Review Letters : журнал. — 1993. — Т. 70, вып. 13. — DOI:10.1103/PhysRevLett.70.1895.
↑ [www.nature.com/nature/journal/v390/n6660/abs/390575a0.html Nature 390]
↑ [prola.aps.org/abstract/PRL/v80/i6/p1121_1?qid=72bccfead6948c78&qseq=8&show=10 Phys.Rev.Lett. 80, 1121—1125 (1998)] (arXiv:quant-ph/9710013)
↑ [www.physorg.com/news79265847.html/ First quantum teleportation between light and matter] (англ.) (5 October 2006).
↑ [lenta.ru/news/2009/01/26/quantum/ Физики впервые телепортировали ионы на метр. Lenta.ru] (англ.) (26 January 2009).
↑ [www.jqi.umd.edu/news/teleportation.pdf пресс-релиз на сайте Объединенного квантового института] (англ.) (23 January 2009).
↑ [science.compulenta.ru/532983/ Осуществлена квантовая телепортация на 16 километров. Compulenta.ru] (рус.) (20 мая 2010).
↑ [www.nature.com/nphoton/journal/vaop/ncurrent/full/nphoton.2010.87.html Experimental free-space quantum teleportation] (англ.) (16 May 2010). [www.webcitation.org/617eHvUW4 Архивировано из первоисточника 22 августа 2011].
↑ [lenta.ru/news/2012/05/12/teleportation Фотоны телепортировали на рекордное расстояние Lenta.ru] (рус.) (12 мая 2012).(arXiv:quant-ph/1205.2024)
↑ Juan Yin et al. [www.nature.com/nature/journal/v488/n7410/full/nature11332.html Quantum teleportation and entanglement distribution over 100-kilometre free-space channels] (англ.) // Nature. — 2012. — Vol. 488. — P. 185—188. — DOI:10.1038/nature11332.
↑ [cybersecurity.ru/it/159210.html/ Новый рекорд квантовой телепортации - 143 километра cybersecurity.ru] (рус.) (12 августа 2012).
↑ [www.regnum.ru/news/innovatio/1977631.html Учёные телепортировали фотоны более, чем на 100 км - ИА REGNUM]

Литература

Телепортация: прыжок в невозможное / Дэвид Дарлинг. — Москва: Эксмо, 2008. — 300 с. — (Открытия, которые потрясли мир). — 3100 экз. — ISBN 978-5-699-23980-1.
Бауместер Д., Экерт А., Цайлингер А. [www.coffor.com/physics-of-molecules/library/books/bouwmeester_etall.djvu Физика квантовой информации.] М.: Постмаркет, 2002. 376 с. Глава 3.
Kilin S.Ya. Quanta and information / Progress in optics. — 2001. — Vol. 42. — P. 1-90.
Килин С. Я. Квантовая информация / Успехи Физических Наук. — 1999. — Т. 169. — C. 507—527. [ufn.ru/ufn99/ufn99_5/Russian/r995b.pdf]
Белокуров В. В., Тимофеевская О. Д., Хрусталев О. А. Квантовая телепортация — обыкновенное чудо. Москва, Ижевск: Изд-во: Регулярная и хаотическая динамика, 2000. 172 с. books.prometey.org/download/14171.html quantumtheory.ru/read/ru/5C83EBAA0666885492E275916BE83723CCFFEE2D/

Ссылки

Квантовая телепортация на англ. en:Quantum teleportation
www.research.ibm.com/quantuminfo/teleportation/
Квантовая телепортация. Передача Гордона www.mi.ras.ru/~volovich/lib/vol-acc.htm
[web.archive.org/web/20040415115012/everettian.chat.ru/Russian/Mensky.html Менский М. Б. Квантовая механика: новые эксперименты, новые приложения и новые формулировки старых вопросов]
Лекции по квантовым вычислениям (введение, суперплотное кодирование, квантовая телепортация, алгоритмы Саймона и Шора) в рамках курса «[yury.name/modern.html Современные задачи теоретической информатики]»
[news.softodrom.ru/ap/b4111.shtml Экспериментально подтверждена квантовая телепортация на расстояние в один метр]
[figmir.net/news/kvantovaya-teleportaciya-peremestila-fotony-na-rekordnoe-rasstoyanie.html Квантовая телепортация переместила фотоны на рекордное расстояние]
[www.bbc.com/russian/news/2016/06/160622_russia_teleport_explanation Ученые объяснили, какую телепортацию внедряют в России]
[tribunaperm.ru/2016/07/04/teleportatsiya-tolko-kvantovaya-fizik-aleksandr-oshhepkov-o-razrabotke-tehnologij-teleportirovaniya-k-2035-godu/ Физик Александр Ощепков о разработке технологий телепортирования к 2035 году]

Отрывок, характеризующий Квантовая телепортация

Казалось бы, в этой то кампании бегства французов, когда они делали все то, что только можно было, чтобы погубить себя; когда ни в одном движении этой толпы, начиная от поворота на Калужскую дорогу и до бегства начальника от армии, не было ни малейшего смысла, – казалось бы, в этот период кампании невозможно уже историкам, приписывающим действия масс воле одного человека, описывать это отступление в их смысле. Но нет. Горы книг написаны историками об этой кампании, и везде описаны распоряжения Наполеона и глубокомысленные его планы – маневры, руководившие войском, и гениальные распоряжения его маршалов. Отступление от Малоярославца тогда, когда ему дают дорогу в обильный край и когда ему открыта та параллельная дорога, по которой потом преследовал его Кутузов, ненужное отступление по разоренной дороге объясняется нам по разным глубокомысленным соображениям. По таким же глубокомысленным соображениям описывается его отступление от Смоленска на Оршу. Потом описывается его геройство при Красном, где он будто бы готовится принять сражение и сам командовать, и ходит с березовой палкой и говорит: – J'ai assez fait l'Empereur, il est temps de faire le general, [Довольно уже я представлял императора, теперь время быть генералом.] – и, несмотря на то, тотчас же после этого бежит дальше, оставляя на произвол судьбы разрозненные части армии, находящиеся сзади. Потом описывают нам величие души маршалов, в особенности Нея, величие души, состоящее в том, что он ночью пробрался лесом в обход через Днепр и без знамен и артиллерии и без девяти десятых войска прибежал в Оршу. И, наконец, последний отъезд великого императора от геройской армии представляется нам историками как что то великое и гениальное. Даже этот последний поступок бегства, на языке человеческом называемый последней степенью подлости, которой учится стыдиться каждый ребенок, и этот поступок на языке историков получает оправдание. Тогда, когда уже невозможно дальше растянуть столь эластичные нити исторических рассуждений, когда действие уже явно противно тому, что все человечество называет добром и даже справедливостью, является у историков спасительное понятие о величии. Величие как будто исключает возможность меры хорошего и дурного. Для великого – нет дурного. Нет ужаса, который бы мог быть поставлен в вину тому, кто велик. – «C'est grand!» [Это величественно!] – говорят историки, и тогда уже нет ни хорошего, ни дурного, а есть «grand» и «не grand». Grand – хорошо, не grand – дурно. Grand есть свойство, по их понятиям, каких то особенных животных, называемых ими героями. И Наполеон, убираясь в теплой шубе домой от гибнущих не только товарищей, но (по его мнению) людей, им приведенных сюда, чувствует que c'est grand, и душа его покойна. «Du sublime (он что то sublime видит в себе) au ridicule il n'y a qu'un pas», – говорит он. И весь мир пятьдесят лет повторяет: «Sublime! Grand! Napoleon le grand! Du sublime au ridicule il n'y a qu'un pas». [величественное… От величественного до смешного только один шаг… Величественное! Великое! Наполеон великий! От величественного до смешного только шаг.] И никому в голову не придет, что признание величия, неизмеримого мерой хорошего и дурного, есть только признание своей ничтожности и неизмеримой малости. Для нас, с данной нам Христом мерой хорошего и дурного, нет неизмеримого. И нет величия там, где нет простоты, добра и правды.

Кто из русских людей, читая описания последнего периода кампании 1812 года, не испытывал тяжелого чувства досады, неудовлетворенности и неясности. Кто не задавал себе вопросов: как не забрали, не уничтожили всех французов, когда все три армии окружали их в превосходящем числе, когда расстроенные французы, голодая и замерзая, сдавались толпами и когда (как нам рассказывает история) цель русских состояла именно в том, чтобы остановить, отрезать и забрать в плен всех французов. Каким образом то русское войско, которое, слабее числом французов, дало Бородинское сражение, каким образом это войско, с трех сторон окружавшее французов и имевшее целью их забрать, не достигло своей цели? Неужели такое громадное преимущество перед нами имеют французы, что мы, с превосходными силами окружив, не могли побить их? Каким образом это могло случиться? История (та, которая называется этим словом), отвечая на эти вопросы, говорит, что это случилось оттого, что Кутузов, и Тормасов, и Чичагов, и тот то, и тот то не сделали таких то и таких то маневров. Но отчего они не сделали всех этих маневров? Отчего, ежели они были виноваты в том, что не достигнута была предназначавшаяся цель, – отчего их не судили и не казнили? Но, даже ежели и допустить, что виною неудачи русских были Кутузов и Чичагов и т. п., нельзя понять все таки, почему и в тех условиях, в которых находились русские войска под Красным и под Березиной (в обоих случаях русские были в превосходных силах), почему не взято в плен французское войско с маршалами, королями и императорами, когда в этом состояла цель русских? Объяснение этого странного явления тем (как то делают русские военные историки), что Кутузов помешал нападению, неосновательно потому, что мы знаем, что воля Кутузова не могла удержать войска от нападения под Вязьмой и под Тарутиным. Почему то русское войско, которое с слабейшими силами одержало победу под Бородиным над неприятелем во всей его силе, под Красным и под Березиной в превосходных силах было побеждено расстроенными толпами французов? Если цель русских состояла в том, чтобы отрезать и взять в плен Наполеона и маршалов, и цель эта не только не была достигнута, и все попытки к достижению этой цели всякий раз были разрушены самым постыдным образом, то последний период кампании совершенно справедливо представляется французами рядом побед и совершенно несправедливо представляется русскими историками победоносным. Русские военные историки, настолько, насколько для них обязательна логика, невольно приходят к этому заключению и, несмотря на лирические воззвания о мужестве и преданности и т. д., должны невольно признаться, что отступление французов из Москвы есть ряд побед Наполеона и поражений Кутузова. Но, оставив совершенно в стороне народное самолюбие, чувствуется, что заключение это само в себе заключает противуречие, так как ряд побед французов привел их к совершенному уничтожению, а ряд поражений русских привел их к полному уничтожению врага и очищению своего отечества. Источник этого противуречия лежит в том, что историками, изучающими события по письмам государей и генералов, по реляциям, рапортам, планам и т. п., предположена ложная, никогда не существовавшая цель последнего периода войны 1812 года, – цель, будто бы состоявшая в том, чтобы отрезать и поймать Наполеона с маршалами и армией. Цели этой никогда не было и не могло быть, потому что она не имела смысла, и достижение ее было совершенно невозможно. Цель эта не имела никакого смысла, во первых, потому, что расстроенная армия Наполеона со всей возможной быстротой бежала из России, то есть исполняла то самое, что мог желать всякий русский. Для чего же было делать различные операции над французами, которые бежали так быстро, как только они могли? Во вторых, бессмысленно было становиться на дороге людей, всю свою энергию направивших на бегство. В третьих, бессмысленно было терять свои войска для уничтожения французских армий, уничтожавшихся без внешних причин в такой прогрессии, что без всякого загораживания пути они не могли перевести через границу больше того, что они перевели в декабре месяце, то есть одну сотую всего войска. В четвертых, бессмысленно было желание взять в плен императора, королей, герцогов – людей, плен которых в высшей степени затруднил бы действия русских, как то признавали самые искусные дипломаты того времени (J. Maistre и другие). Еще бессмысленнее было желание взять корпуса французов, когда свои войска растаяли наполовину до Красного, а к корпусам пленных надо было отделять дивизии конвоя, и когда свои солдаты не всегда получали полный провиант и забранные уже пленные мерли с голода. Весь глубокомысленный план о том, чтобы отрезать и поймать Наполеона с армией, был подобен тому плану огородника, который, выгоняя из огорода потоптавшую его гряды скотину, забежал бы к воротам и стал бы по голове бить эту скотину. Одно, что можно бы было сказать в оправдание огородника, было бы то, что он очень рассердился. Но это нельзя было даже сказать про составителей проекта, потому что не они пострадали от потоптанных гряд. Но, кроме того, что отрезывание Наполеона с армией было бессмысленно, оно было невозможно. Невозможно это было, во первых, потому что, так как из опыта видно, что движение колонн на пяти верстах в одном сражении никогда не совпадает с планами, то вероятность того, чтобы Чичагов, Кутузов и Витгенштейн сошлись вовремя в назначенное место, была столь ничтожна, что она равнялась невозможности, как то и думал Кутузов, еще при получении плана сказавший, что диверсии на большие расстояния не приносят желаемых результатов. Во вторых, невозможно было потому, что, для того чтобы парализировать ту силу инерции, с которой двигалось назад войско Наполеона, надо было без сравнения большие войска, чем те, которые имели русские. В третьих, невозможно это было потому, что военное слово отрезать не имеет никакого смысла. Отрезать можно кусок хлеба, но не армию. Отрезать армию – перегородить ей дорогу – никак нельзя, ибо места кругом всегда много, где можно обойти, и есть ночь, во время которой ничего не видно, в чем могли бы убедиться военные ученые хоть из примеров Красного и Березины. Взять же в плен никак нельзя без того, чтобы тот, кого берут в плен, на это не согласился, как нельзя поймать ласточку, хотя и можно взять ее, когда она сядет на руку. Взять в плен можно того, кто сдается, как немцы, по правилам стратегии и тактики. Но французские войска совершенно справедливо не находили этого удобным, так как одинаковая голодная и холодная смерть ожидала их на бегстве и в плену. В четвертых же, и главное, это было невозможно потому, что никогда, с тех пор как существует мир, не было войны при тех страшных условиях, при которых она происходила в 1812 году, и русские войска в преследовании французов напрягли все свои силы и не могли сделать большего, не уничтожившись сами. В движении русской армии от Тарутина до Красного выбыло пятьдесят тысяч больными и отсталыми, то есть число, равное населению большого губернского города. Половина людей выбыла из армии без сражений. И об этом то периоде кампании, когда войска без сапог и шуб, с неполным провиантом, без водки, по месяцам ночуют в снегу и при пятнадцати градусах мороза; когда дня только семь и восемь часов, а остальное ночь, во время которой не может быть влияния дисциплины; когда, не так как в сраженье, на несколько часов только люди вводятся в область смерти, где уже нет дисциплины, а когда люди по месяцам живут, всякую минуту борясь с смертью от голода и холода; когда в месяц погибает половина армии, – об этом то периоде кампании нам рассказывают историки, как Милорадович должен был сделать фланговый марш туда то, а Тормасов туда то и как Чичагов должен был передвинуться туда то (передвинуться выше колена в снегу), и как тот опрокинул и отрезал, и т. д., и т. д.

wiki-org.ru

Квантовая телепортация — Википедия РУ

Пусть у отправителя есть частица А, находящаяся в произвольном квантовом состоянии ψA=αψ1+βψ2{\displaystyle \psi _{A}=\alpha \psi _{1}+\beta \psi _{2}} , и он хочет передать это квантовое состояние получателю, то есть сделать так, чтобы у получателя оказалась в распоряжении частица B в том же самом состоянии. Иными словами, необходимо передать отношение двух комплексных чисел α{\displaystyle \alpha } и β{\displaystyle \beta } (с максимальной точностью). Заметим, что главная цель здесь — это передать информацию не как можно быстрее, а как можно точнее. Для достижения этой цели выполняются следующие шаги.

Отправитель и получатель договариваются заранее о создании пары квантово-запутанных частиц C и B, причём C попадёт отправителю, а B — получателю. Поскольку эти частицы запутаны, то каждая из них не обладает своей волновой функцией (вектором состояния), но вся пара целиком (а точнее, интересующие нас степени свободы) описываются единым четырёхмерным вектором состояния ψBC{\displaystyle \psi _{BC}} .
Квантовая система частиц A и C имеет четыре состояния, однако мы не можем описать её состояние вектором — чистым (полностью определённым) состоянием обладает лишь система из трёх частиц A, B, C. Когда отправитель совершает измерение, имеющее четыре возможных исхода, над системой из двух частиц A и C, он получает одно из 4 собственных значений измеряемой величины. Поскольку при этом измерении система из трёх частиц A, B, C коллапсирует в некое новое состояние, причём состояния частиц A и C становятся известны полностью, то сцепленность разрушается и частица B оказывается в некотором определённом квантовом состоянии.
Именно в этот момент происходит как бы «передача» «квантовой части» информации. Однако восстановить передаваемую информацию пока невозможно: получатель знает, что состояние частицы B как-то связано с состоянием частицы A, но не знает как именно!
Для выяснения этого необходимо, чтобы отправитель сообщил получателю по обычному классическому каналу результат своего измерения (затратив при этом два бита, соответствующие зацепленному состоянию AC, измеренному отправителем). По законам квантовой механики получается, что, имея результат измерения, проведённого над парой частиц A и C, и плюс к тому запутанную с C частицу B, получатель сможет совершить необходимое преобразование над состоянием частицы B и восстановить исходное состояние частицы A.

http-wikipediya.ru

Квантовая телепортация — википедия орг

Пусть у отправителя есть частица А, находящаяся в произвольном квантовом состоянии ψA=αψ1+βψ2{\displaystyle \psi _{A}=\alpha \psi _{1}+\beta \psi _{2}} , и он хочет передать это квантовое состояние получателю, то есть сделать так, чтобы у получателя оказалась в распоряжении частица B в том же самом состоянии. Иными словами, необходимо передать отношение двух комплексных чисел α{\displaystyle \alpha } и β{\displaystyle \beta } (с максимальной точностью). Заметим, что главная цель здесь — это передать информацию не как можно быстрее, а как можно точнее. Для достижения этой цели выполняются следующие шаги.

Отправитель и получатель договариваются заранее о создании пары квантово-запутанных частиц C и B, причём C попадёт отправителю, а B — получателю. Поскольку эти частицы запутаны, то каждая из них не обладает своей волновой функцией (вектором состояния), но вся пара целиком (а точнее, интересующие нас степени свободы) описываются единым четырёхмерным вектором состояния ψBC{\displaystyle \psi _{BC}} .
Квантовая система частиц A и C имеет четыре состояния, однако мы не можем описать её состояние вектором — чистым (полностью определённым) состоянием обладает лишь система из трёх частиц A, B, C. Когда отправитель совершает измерение, имеющее четыре возможных исхода, над системой из двух частиц A и C, он получает одно из 4 собственных значений измеряемой величины. Поскольку при этом измерении система из трёх частиц A, B, C коллапсирует в некое новое состояние, причём состояния частиц A и C становятся известны полностью, то сцепленность разрушается и частица B оказывается в некотором определённом квантовом состоянии.
Именно в этот момент происходит как бы «передача» «квантовой части» информации. Однако восстановить передаваемую информацию пока невозможно: получатель знает, что состояние частицы B как-то связано с состоянием частицы A, но не знает как именно!
Для выяснения этого необходимо, чтобы отправитель сообщил получателю по обычному классическому каналу результат своего измерения (затратив при этом два бита, соответствующие зацепленному состоянию AC, измеренному отправителем). По законам квантовой механики получается, что, имея результат измерения, проведённого над парой частиц A и C, и плюс к тому запутанную с C частицу B, получатель сможет совершить необходимое преобразование над состоянием частицы B и восстановить исходное состояние частицы A.

www-wikipediya.ru

Квантовая телепортация - Gpedia, Your Encyclopedia

Описание эксперимента

Отправитель и получатель договариваются заранее о создании пары квантово-запутанных частиц C и B, причём C попадёт отправителю, а B — получателю. Поскольку эти частицы запутаны, то каждая из них не обладает своей волновой функцией (вектором состояния), но вся пара целиком (а точнее, интересующие нас степени свободы) описываются единым четырёхмерным вектором состояния ψBC{\displaystyle \psi _{BC}}.
Квантовая система частиц A и C имеет четыре состояния, однако мы не можем описать её состояние вектором — чистым (полностью определённым) состоянием обладает лишь система из трёх частиц A, B, C. Когда отправитель совершает измерение, имеющее четыре возможных исхода, над системой из двух частиц A и C, он получает одно из 4 собственных значений измеряемой величины. Поскольку при этом измерении система из трёх частиц A, B, C коллапсирует в некое новое состояние, причём состояния частиц A и C становятся известны полностью, то сцепленность разрушается и частица B оказывается в некотором определённом квантовом состоянии.
Именно в этот момент происходит как бы «передача» «квантовой части» информации. Однако восстановить передаваемую информацию пока невозможно: получатель знает, что состояние частицы B как-то связано с состоянием частицы A, но не знает как именно!
Для выяснения этого необходимо, чтобы отправитель сообщил получателю по обычному классическому каналу результат своего измерения (затратив при этом два бита, соответствующие зацепленному состоянию AC, измеренному отправителем). По законам квантовой механики получается, что, имея результат измерения, проведённого над парой частиц A и C, и плюс к тому запутанную с C частицу B, получатель сможет совершить необходимое преобразование над состоянием частицы B и восстановить исходное состояние частицы A.

Экспериментальная реализация

Экспериментальная реализация квантовой телепортации поляризационного состояния фотона была осуществлена в 1997 году почти одновременно группами физиков под руководством Антона Цайлингера (Университет Инсбрука)[2] и Франческо де Мартини (Университет Рима)[3].
В журнале Nature за 17 июня 2004 года было объявлено об успешном экспериментальном наблюдении квантовой телепортации квантового состояния атома сразу двумя исследовательскими группами: M.Riebe et al., Nature 429, 734—737 (телепортация квантового состояния иона атома кальция) и M.D.Barrett et al., Nature 429, 737—739 (телепортация кубита на основе иона атома бериллия). Несмотря на поднявшуюся шумиху в средствах массовой информации, эти эксперименты вряд ли можно назвать прорывом: скорее это просто очередной большой шаг в направлении создания квантовых компьютеров и реализации квантовой криптографии.
В 2006 году была впервые осуществлена телепортация между объектами разной природы — квантами лазерного излучения и атомами цезия. Успешный эксперимент был произведён исследовательской группой из Института Нильса Бора в Копенгагене.[4]
23 января 2009 года учёным впервые удалось телепортировать квантовое состояние иона на один метр.[5][6]
10 мая 2010 года в эксперименте, поставленном физиками из Научно-технического университета Китая и Университета Цинхуа, проводилась передача квантового состояния фотона на 16 километров.[7][8]
В 2012 году китайским физикам удалось за 4 часа передать 1100 запутанных фотонов на расстояние 97 километров.[9][10]
В сентябре 2012 года физики из Университета Вены и Академии наук Австрии установили новый рекорд в квантовой телепортации — 143 километра[11]
В статье, опубликованной 21 сентября 2014, группа ученых заявила о том, что удалось квантово телепортировать фотон в оптоволокне на рекордное (для оптоволокна) расстояние — 25 километров[12][13][14][15].
В сентябре 2015 года учёным из Национального института стандартов и технологий США удалось телепортировать фотоны по оптоволокну на расстояние свыше 100 км. В ходе эксперимента использовался однофотонный детектор со сверхпроводящими кабелями на силициде молибдена при температуре, близкой к абсолютному нулю[16].
В июне 2017 года китайские учёные осуществили квантовую телепортацию на расстояние свыше 1200 километров[17][18].