Телепортація поствибраних квантових станів

Телепортація поствибраних квантових станів

Мітка часу: 14 березня 2024 р., 6:02
Вихідний вузол: 2515964

Деніел Коллінз

HH Wills Physics Laboratory, University of Bristol, Tyndall Avenue, Bristol BS8 1TL

Вам цей документ цікавий чи ви хочете обговорити? Скайте або залиште коментар на SciRate.

абстрактний

Телепортація дозволяє Алісі надіслати Бобу заздалегідь підготовлений квантовий стан, використовуючи лише попередньо спільне заплутування та класичний зв’язок. Тут ми показуємо, що можна телепортувати стан, який також вибрано $it{post}$. Пост-вибір стану $Phi$ означає, що після завершення експерименту Аліса виконує вимірювання та зберігає лише прогони експерименту, результатом вимірювання є $Phi$. Ми також демонструємо телепортацію на основі $it{port}$ до і після вибору. Нарешті, ми використовуємо ці протоколи для виконання миттєвих нелокальних квантових обчислень на попередніх і поствибраних системах і значно зменшуємо заплутаність, необхідну для миттєвого вимірювання довільної нелокальної змінної просторово розділених попередніх і поствибраних систем.

Рекомендоване зображення: телепортація вибраного стану з Аліси на Боба.

Популярне резюме

Як ми можемо передавати квантовий стан з одного місця в інше? Це складно, оскільки квантові стани мають тенденцію до декогерентності, а принцип невизначеності заважає нам перетворювати квантовий стан у класичні біти, які надсилаються по звичайних телефонних лініях. $textbf{Teleportation}$ — це рішення. Він використовує попередньо спільне заплутування разом із класичними бітами для надсилання квантового стану, чітко уникаючи декогеренції та принципу невизначеності. Тут ми досліджуємо телепортацію стану $textbf{post-selected}$ з одного місця в інше. Пост-відбір означає, що наприкінці експерименту система перебуває в певному стані. Стан після вибору можна обчислити в попередні моменти, відтворивши його $textbf{назад у часі}$. Чи можливо телепортувати стан, який повертається назад у часі, коли ми самі рухаємось у часі вперед? Ми показуємо, як це можна зробити, і, як розширення, показуємо, як виконувати миттєві спільні вимірювання та обчислення в системах з поствибраними багатокомпонентними системами.

► Дані BibTeX

► Список літератури

[1] Ч.Х. Беннетт, Г. Брассар, К. Крепо, Р. Йожа, А. Перес і В. К. Вуттерс. «Телепортація невідомого квантового стану через подвійний класичний канал і канал Ейнштейна-Подольського-Розена». фіз. Преподобний Летт. 70, 1895–1899 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.70.1895

[2] Д. Боскі, С. Бранка, Ф. Де Мартіні, Л. Харді та С. Попеску. «Експериментальна реалізація телепортації невідомого чистого квантового стану через подвійний класичний канал і канал Ейнштейна-Подольського-Розена». фіз. Преподобний Летт. 80, 1121–1125 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.80.1121

[3] D. Bouwmeester, JM Pan, K. Mattle, M. Eibl, H. Wein-furter і A. Zeilinger. «Експериментальна квантова телепортація». Nature 390, 575–579 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1038 / 37539

[4] С. Пірандола, Дж. Айзерт, К. Відбрук, А. Фурусава, С. Л. Браунштейн. «Досягнення квантової телепортації». Nature Photonics 9, 641–652 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphoton.2015.154

[5] Якір Агаронов, Пітер Г. Бергманн і Джоел Л. Лебовіц. “Симетрія часу в квантовому процесі вимірювання”. фіз. 134, B1410–B1416 (1964).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRev.134.B1410

[6] Якір Агаронов, Санду Попеску, Джефф Толлаксен і Лев Вайдман. «Багаточасові стани та багаточасові вимірювання в квантовій механіці». фіз. Rev. A 79, 052110 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.79.052110

[7] Н. Бруннер, А. Асін, Д. Коллінз, Н. Гісін і В. Скарані. «Оптичні телекомунікаційні мережі як слабкі квантові вимірювання з постселекцією». фіз. Преподобний Летт. 91 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.91.180402

[8] CK Hong і L Mandel. “Експериментальна реалізація локалізованого однофотонного стану”. фіз. Преподобний Летт. 56, 58–60 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.56.58

[9] Ю. Агаранов, Д. З. Альберт, Л. Вайдман. «Як результат вимірювання компонента спіну частинки зі спіном 1/​2 може виявитися рівним 100». фіз. Преподобний Летт. 60, 1351–1354 (1988).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.60.1351

[10] Л. Вайдман. «Слабка полеміка цінностей». Філос. пер. R. Soc., A 375 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1098/​rsta.2016.0395

[11] Онур Хостен і Пол Квіт. «Спостереження ефекту спін-холу світла за допомогою слабких вимірювань». Наука 319, 787–790 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1152697

[12] П. Бен Діксон, Девід Дж. Старлінг, Ендрю Н. Джордан і Джон С. Хауелл. «Надчутливе вимірювання відхилення променя за допомогою інтерферометричного слабкого підсилення». фіз. Преподобний Летт. 102 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.173601

[13] Ральф Сільва, Єлена Гурьянова, Ентоні Дж. Шорт, Пол Скшипчик, Ніколас Бруннер і Санду Попеску. “З’єднання процесів з невизначеним причинним порядком і багаточасовими квантовими станами”. New J. Phys. 19 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​aa84fe

[14] Якір Агаронов, Фабріціо Коломбо, Санду Попеску, Ірен Сабадіні, Даніеле К. Струппа та Джефф Толлаксен. “Квантове порушення принципу різниці та природа квантових кореляцій”. PNAS 113, 532–535 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1522411112

[15] Якір Агаронов, Санду Попеску, Даніель Рорліх і Пол Скшипчик. «Квантові чеширські коти». New J. Phys. 15 (2013).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​15/​11/​113015

[16] Лев Вайдман та Іжар Нево. “Нелокальні вимірювання в часово-симетричній квантовій механіці”. Міжн. J. Mod. фіз. B 20 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1142 / S0217979206034108

[17] Сет Ллойд, Лоренцо Макконе, Рауль Гарсія-Патрон, Вітторіо Джованетті та Ютака Шикано. «Квантова механіка подорожі в часі через пост-вибрану телепортацію». фіз. Rev. D 84 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.84.025007

[18] Сатоші Ішізака і Тохя Хіросіма. “Асимптотична схема телепортації як універсальний програмований квантовий процесор”. фіз. Преподобний Летт. 101, 240501 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.101.240501

[19] Сатоші Ішизака і Тохья Хіросіма. «Схема квантової телепортації шляхом вибору одного з кількох вихідних портів». фіз. Rev. A 79, 042306 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.79.042306

[20] Салман Бейгі та Роберт Кеніг. «Спрощене миттєве нелокальне квантове обчислення з додатками до позиційної криптографії». New J. Phys. 13 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​13/​9/​093036

[21] Гаррі Бурман, Лукаш Чекай, Анджей Грудка, Міхал Городецький, Павел Городецький, Марцін Маркевич, Флоріан Шпелман і Сергій Стрельчук. «Перевага квантової комунікаційної складності передбачає порушення нерівності дзвона». Proc. Natl. акад. Sci. 113 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1507647113

[22] Стефано Пірандола, Ріккардо Лауренца та Космо Лупо. «Фундаментальні обмеження розрізнення квантових каналів». npj Квантова інформація 5 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-019-0162-y

[23] Чжи-Вей Ван і Семюел Л. Браунштейн. «Багатомірна продуктивність телепортації на основі портів». Sci. Доповідь 6 (2016).
https://​/​doi.org/​10.1038/​srep33004

[24] Міхал Студзінський, Сергій Стрельчук, Марек Мозжимас та Міхал Городецький. «Телепортація на основі портів у довільному вимірі». Sci. Доповідь 7 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-017-10051-4

[25] Марек Мозжимас, Міхал Студзінскі, Сергій Стрельчук і Міхал Городецький. «Оптимальна телепортація на основі порту». New J. Phys. 20 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​aab8e7

[26] Марек Мозжимас, Міхал Студзінскі та Міхал Городецький. “Спрощений формалізм алгебри частково транспонованих операторів перестановки з додатками”. J. Phys. В: Математика. Теор. 51 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1751-8121/​aaad15

[27] Маттіас Крістандль, Фелікс Ледіцкі, Крістіан Маєнц, Грем Сміт, Флоріан Спілман і Майкл Волтер. “Асимптотична продуктивність телепортації на основі порту”. Комун. математика фіз. 381, 379–451 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-020-03884-0

[28] Пьотр Копшак, Марек Мозжимас, Міхал Студзінскі та Міхал Городецький. «Багатопортова телепортація – передача великої кількості квантової інформації». Квант 5 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-11-11-576

[29] Міхал Студзінський, Марек Мозжимас, Пьотр Копшак і Міхал Городецький. «Ефективні багатопортові схеми телепортації». IEEE Trans. Інф. Теорія 68, 7892–7912 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1109/​TIT.2022.3187852

[30] Марек Мозжимас, Міхал Студзінскі та Пьотр Копшак. «Оптимальні багатопортові схеми телепортації». Квант 5, 477 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-06-17-477

[31] Л. Ландау та Р. Паєрлза. “Erweiterung des unbestimmtheitsprinzips für die relativistische quantentheorie”. Zeitschrift für Physik 69, 56–69 (1931).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01391513

[32] Нільс Генрік Давид Бор і Л. Розенфельд. “Zur frage der messbarkeit der elektromagnetischen feldgrössen”. Det Kgl. Danske Videnskabernes Selskab Mathematisk-fysiske Meddeleser 12, 1–65 (1933).

[33] Якір Агаронов і Девід З. Альберт. “Стани та спостережувані в релятивістських квантових теоріях поля”. фіз. Rev. D 21, 3316–3324 (1980).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.21.3316

[34] Якір Агаронов і Девід З. Альберт. «Чи можемо ми зрозуміти процес вимірювання в релятивістській квантовій механіці?» фіз. Rev. D 24, 359–370 (1981).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.24.359

[35] Якір Агаронов і Девід З. Альберт. «Чи звичайне уявлення про еволюцію часу є адекватним для квантово-механічних систем? я». фіз. Rev. D 29, 223–227 (1984).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.29.223

[36] Якір Агаронов і Девід З. Альберт. «Чи звичайне уявлення про еволюцію часу є адекватним для квантово-механічних систем? ii. релятивістські міркування». фіз. Rev. D 29, 228–234 (1984).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.29.228

[37] Якір Агаронов, Девід З. Альберт і Лев Вайдман. “Процес вимірювання в релятивістській квантовій теорії”. фіз. Rev. D 34, 1805–1813 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.34.1805

[38] Санду Попеску і Лев Вайдман. “Обмеження причинності нелокальних квантових вимірювань”. фіз. Rev. A 49, 4331–4338 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.49.4331

[39] Беррі Гройсман і Лев Вайдман. “Нелокальні змінні з власними станами стану продукту”. J. Phys. В: Математика. Gen. 34, 6881 (2001).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​34/​35/​313

[40] Беррі Гройсман і Бенні Резнік. “Вимірювання напівлокальних та немаксимально заплутаних станів”. фіз. Rev. A 66, 022110 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.66.022110

[41] Л. Вайдман. “Миттєве вимірювання нелокальних змінних”. фіз. Преподобний Летт. 90, 010402 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.90.010402

[42] SR Clark, AJ Connor, D Jaksch та S Popescu. «Споживання заплутаності миттєвих нелокальних квантових вимірювань». New J. Phys. 12, 083034 (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​12/​8/​083034

[43] Елвін Гонсалес і Ерік Читамбар. “Межі миттєвого нелокального квантового обчислення”. IEEE Trans. Інф. Теорія 66, 2951–2963 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1109/​TIT.2019.2950190

[44] Ральф Сільва, Єлена Гурьянова, Ніколас Бруннер, Ноа Лінден, Ентоні Дж. Шорт і Санду Попеску. «Квантові стани до і після вибору: матриці щільності, томографія та оператори Крауса». фіз. Rev. A 89, 012121 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.89.012121

[45] Міхал Седлак, Алессандро Бісіо та Маріо Зіман. “Оптимальне ймовірнісне зберігання та пошук унітарних каналів”. фіз. Преподобний Летт. 122 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.170502

[46] Лев Вайдман. «Квантові стани, що розвиваються назад». J. Phys. В: Математика. Теор. 40, 3275–3284 (2007).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​40/​12/​S23

[47] Чарльз Х. Беннетт і Стівен Дж. Візнер. “Зв’язок через одно- та двочастинкові оператори на станах Ейнштейна-Подольського-Розена”. фіз. Преподобний Летт. 69, 2881–2884 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.69.2881

Цитується

Ця стаття опублікована в Quantum під Creative Commons Attribution 4.0 International (CC на 4.0) ліцензія. Авторське право залишається за оригінальними власниками авторських прав, такими як автори або їх установи.

Часова мітка:

Більше від Квантовий журнал