Просмотр кода страницы Квантовая телепортация

'''Ква́нтовая телепорта́ция''' — передача [[квантовое состояние|квантового состояния]] на расстояние при помощи разъединённой в пространстве [[квантовая запутанность|сцепленной (запутанной)]] пары и классического [[канал связи|канала связи]], при которой состояние разрушается в точке отправления при проведении [[измерение (квантовая механика)|измерения]] и воссоздаётся в точке приёма.

Термин установился благодаря опубликованной в 1993 году статье<ref>{{source|Q21698949|ref=Bennett, Brassard, Crépeau et al.|ref-year=1993}} <!-- Teleporting an unknown quantum state via dual classical and Einstein-Podolsky-Rosen channels // Phys. Rev. Lett. --></ref> в журнале «[[Physical Review Letters]]», где описано, какое именно квантовое явление предлагается называть «телепортингом<!-- Странно выглядит сравнение телепортации с телепортацией -->» ({{lang-en|teleporting}}) и чем оно отличается от популярной в научной фантастике «[[телепортация|телепортации]]». 

Квантовая телепортация не передаёт энергию или вещество<!-- энергия только у англофранцузов — не материя --> на расстояние.
Фантастическое понятие [[телепортация (фантастика)|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».

== Описание эксперимента ==
{{нет ссылок|В этом разделе|дата=2014-03-04}}
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 [[Квантовая запутанность|квантово-запутанных]] частиц [[Корреляция|корреляции]] [[Парадокс Эйнштейна — Подольского — Розена|Эйнштейна — Подольского — Розена]], а для передачи классической информации годится любой обычный канал связи.

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 [[кубит]]ами. 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<!-- не забываем о калибровке и нормировке. на самом деле состояние — точка на сфере Римана --> 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.
<!-- Тут половину пришлось исправить, а ещё часть переписать заново.
 --Incnis Mrsi -->
# Отправитель и получатель заранее создают пару квантово-запутанных (например двух [[кубит]]ов в [[состояние Белла|состоянии Белла]])  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>.
<!-- # Когда отправитель получает частицу C, он имеет систему из двух частиц A и C. Однако до того, как над C совершены какие-либо действия, эти частицы являются пока независимыми. Затем отправитель запутывает частицы А и С и волновая функция всей системы из трёх частиц есть произведение <math>\psi_A\psi_{BC}</math>.
 Кроме последнего замечания это сплошной поток чепухи, который я не знаю, как можно переписать, да и нужно ли.
 --Incnis Mrsi
--># Квантовая система частиц A и C имеет четыре состояния<!-- да что вы носитесь с этими СОБСТВЕННЫМИ состояниями? если акцентировать внимание на собственности, но надо объяснять, относительно какой наблюдаемой и чем она примечательна. --Incnis Mrsi -->, 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 <!-- с некоторой вероятностью // а причём тут вообще ВЕРОЯТНОСТИ? --> получает одно из 4 собственных значений измеряемой величины. Поскольку при этом измерении система из трёх частиц A, B, C [[редукция волновой функции|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.

==Замечания==

*Перехватить передаваемую информацию принципиально невозможно; если «злоумышленник» попытается проследить за эволюцией запутанной пары B и C, то он тут же разрушит её запутанность.
*Сторонники альтернативной физики объясняют эффект квантовой телепортации принципом предопределения Ковалевской-Пуанкаре-Мотовилова{{нет АИ|6|08|2019}}.

== Экспериментальная реализация ==

* Экспериментальная реализация квантовой телепортации [[Поляризация фотонов|поляризационного]] состояния '''фотона''' была осуществлена в 1997 году почти одновременно группами физиков под руководством Антона Цайлингера ([[Университет Инсбрука]])<ref>[http://www.nature.com/nature/journal/v390/n6660/abs/390575a0.html Nature 390]</ref> и Франческо де Мартини ([[Университет Рима]])<ref>[http://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}})</ref>.
* В журнале [[Nature]] за [[17 июня]] [[2004 год]]а было объявлено об успешном экспериментальном наблюдении квантовой телепортации квантового состояния '''атома''' сразу двумя исследовательскими группами: [http://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 [http://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 [[кубит]]а на основе иона атома бериллия). Несмотря на поднявшуюся шумиху в [[СМИ|средствах массовой информации]], эти эксперименты вряд ли можно назвать прорывом: скорее это просто очередной большой шаг в направлении создания [[квантовый компьютер|квантовых компьютеров]] и реализации [[квантовая криптография|квантовой криптографии]].
* В [[2006 год]]у была впервые осуществлена телепортация между объектами разной природы — квантами лазерного излучения и атомами [[Цезий|цезия]]. Успешный эксперимент был произведён исследовательской группой из [[Институт Нильса Бора|Института Нильса Бора]] в [[Копенгаген]]е.<ref>{{cite news|url=http://www.physorg.com/news79265847.html/|title=First quantum teleportation between light and matter|date=2006-10-05|lang=en|deadlink=yes|archiveurl=https://web.archive.org/web/20110605230837/http://www.physorg.com/news79265847.html|archivedate=2011-06-05}}</ref>
* [[23 января]] 2009 года учёным впервые удалось телепортировать квантовое состояние иона на один метр.<ref>{{cite news |url=http://lenta.ru/news/2009/01/26/quantum/|title=Физики впервые телепортировали ионы на метр. [[Lenta.ru]]|date=2009-01-26|lang=en}}</ref><ref>{{cite news|url=http://www.jqi.umd.edu/news/teleportation.pdf|title=пресс-релиз на сайте Объединенного квантового института|date=2009-01-23|lang=en}}</ref>
* 10 мая 2010 года в эксперименте, поставленном физиками из Научно-технического университета Китая и Университета Цинхуа, проводилась передача квантового состояния фотона на 16 километров.<ref>{{cite news |url=http://science.compulenta.ru/532983/|title=Осуществлена квантовая телепортация на 16 километров. [[Compulenta.ru]]|date=2010-05-20|lang=ru}}</ref><ref>{{cite web|url=http://www.nature.com/nphoton/journal/vaop/ncurrent/full/nphoton.2010.87.html|title=Experimental free-space quantum teleportation|date=2010-05-16|lang=en|archiveurl=https://www.webcitation.org/617eHvUW4?url=http://www.nature.com/nphoton/journal/v4/n6/full/nphoton.2010.87.html|archivedate=2011-08-22}}</ref>
* В [[2012 год в науке|2012 году]] китайским физикам удалось за 4 часа передать 1100 запутанных фотонов на расстояние 97 километров.<ref>{{cite news|url=http://lenta.ru/news/2012/05/12/teleportation|title=Фотоны телепортировали на рекордное расстояние [[Lenta.ru]]|date=2012-05-12|lang=ru}}({{arXiv|quant-ph/1205.2024}})</ref><ref>{{статья|автор=Juan Yin et al.|заглавие=Quantum teleportation and entanglement distribution over 100-kilometre free-space channels|ссылка=http://www.nature.com/nature/journal/v488/n7410/full/nature11332.html|язык=en|издание=[[Nature]]|год=2012|volume=488|pages=185—188|doi=10.1038/nature11332}}</ref>
* В сентябре 2012 года физики из Университета Вены и Академии наук Австрии установили новый рекорд в квантовой телепортации — 143 километра<ref>{{cite news|url=http://cybersecurity.ru/it/159210.html/|title=Новый рекорд квантовой телепортации - 143 километра [[cybersecurity.ru]]|date=2012-08-12|lang=ru}}</ref>
* 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<ref>{{cite web|title=Quantum teleportation from a telecom-wavelength photon to a solid-state quantum memory|url=http://www.nature.com/nphoton/journal/v8/n10/full/nphoton.2014.215.html|date=2014-09-21|publisher=Nature Photonics|language=en}}</ref><ref>{{cite web|title=Quantum teleportation from a telecom-wavelength photon to a solid-state quantum memory|url=https://arxiv.org/abs/1401.6958|language=en}}</ref><ref>{{cite news|title=Longer distance quantum teleportation achieved|url=http://phys.org/news/2014-09-quantum-teleportation.html|date=2016-09-21|language=en}}</ref><ref>{{cite news|title=Квантовая телепортация на расстояние в 25 км достигнута учеными|url=http://naked-science.ru/article/sci/longer-distance-quantum-teleportation-achieved|publisher=Naked Science|date=2014-09-22|language=ru}}</ref>.
* 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<ref>[http://www.regnum.ru/news/innovatio/1977631.html Учёные телепортировали фотоны более, чем на 100 км — ИА REGNUM<!-- Заголовок добавлен ботом -->]</ref>.
* В июне 2017 года китайские учёные осуществили квантовую телепортацию на расстояние свыше 1200 километров<ref>{{Cite web|url=https://www.eurekalert.org/pub_releases/2017-06/uosa-spe061217.php|title=Satellite-based photon entanglement distributed over 1,200 kilometers|publisher=EurekAlert!|lang=en|accessdate=2017-06-18}}</ref><ref>{{Cite news|title=В Китае осуществили квантовую телепортацию на расстояние 1,2 тысячи километров|url=https://lenta.ru/news/2017/06/16/photon/|accessdate=2017-06-18}}</ref>.

== См. также ==
{{Columns-list|3|
* [[Квантовая запутанность]]
* [[Квантовый компьютер]]
* [[Квантовая информация]]
* [[Квантовый алгоритм]]
* [[Квантовая криптография]]
* [[Теорема о запрете клонирования]]
* [[Ансибл]]
* [[Мо-цзы (спутник)]]
* [[Парадокс Эйнштейна — Подольского — Розена]]
}}

== Примечания ==
{{примечания|2}}

== Литература ==
* {{книга
|заглавие = Телепортация: прыжок в невозможное
|ответственный = Дэвид Дарлинг
|место = Москва
|издательство = Эксмо
|год = 2008
|страниц = 300
|тираж = 3100
|серия = Открытия, которые потрясли мир
|ISBN = 978-5-699-23980-1
}}
* ''Бауместер Д., Экерт А., Цайлингер А.'' [https://web.archive.org/web/20060628094713/http://www.coffor.com/physics-of-molecules/library/books/bouwmeester_etall.djvu  Физика квантовой информации.] М.: Постмаркет, 2002. 376 с. Глава 3.
* {{книга|автор=Кайе Ф., Лафламм Р., Моска М.|заглавие=Введение в квантовые вычисления|город=Ижевск|издательство=РХД|год=2009|страниц=360}}
* ''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. [http://ufn.ru/ufn99/ufn99_5/Russian/r995b.pdf]
* Белокуров В. В., Тимофеевская О. Д., [[Хрусталёв, Олег Антонинович|Хрусталев О. А.]] Квантовая телепортация — обыкновенное чудо. Москва, Ижевск: Изд-во: Регулярная и хаотическая динамика, 2000. 172 с. http://books.prometey.org/download/14171.html http://quantumtheory.ru/read/ru/5C83EBAA0666885492E275916BE83723CCFFEE2D/

== Ссылки ==
* Квантовая телепортация на англ. [[:en:Quantum teleportation]]
* http://www.research.ibm.com/quantuminfo/teleportation/
* Квантовая телепортация. Передача Гордона http://www.mi.ras.ru/~volovich/lib/vol-acc.htm
* [https://web.archive.org/web/20040415115012/http://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 «[http://yury.name/modern.html Современные задачи теоретической информатики]»
* [http://news.softodrom.ru/ap/b4111.shtml Экспериментально подтверждена квантовая телепортация на расстояние в один метр]
* [http://figmir.net/news/kvantovaya-teleportaciya-peremestila-fotony-na-rekordnoe-rasstoyanie.html Квантовая телепортация переместила фотоны на рекордное расстояние]{{Недоступная ссылка|date=Июль 2018 |bot=InternetArchiveBot }}
* [http://www.bbc.com/russian/news/2016/06/160622_russia_teleport_explanation Ученые объяснили, какую телепортацию внедряют в России]
* [https://web.archive.org/web/20160708082258/http://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]

{{Квантовая информатика}}

[[Категория:Квантовые явления]]