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《物理学家》:这不是任何人都市问的问题,只是兴趣的延伸

几周前,QUESS(空间尺器量子实验)最先将量子信息传送到Micius上,而且是在相距1200公里的地面站之间举行传送。这无疑是令人兴奋的,由于它证实了浅易(低价)、高保真、长距离量子纠缠的可行性,这恰是(shi)所有量子通讯的要害。Micius是全球规模的量子基础设施的第一个不稳固性支柱。

兴隆的激光器与天下上第一颗 "量子卫星 "Micius对话的延时摄影。

纠缠态基本上是相关和叠加的组合。比特和量子比特的区别在于,比特是1或0,而量子比特同时是1和0。一个量子比特可以有许多差其余形式(就像一个比特可以有许多形式一样):在这种情形下,往往使用光的偏振。偏振状态有两种可能,相对照于编码两种可能性,即0和1来说是完善的(顺便说一下,对于制作3D影戏来说也是完善的;每种偏振对应到每双眼都是影戏的出现)。

光的偏振可以指向任何偏向(垂直于行进偏向),以是它可以不止形貌0或1,还可以形貌两者的组合。

一个光子可以处于水平和垂直极化的叠加状态。丈量之中,它们总是处于一种状态或另一种状态(0或1)。但在丈量之前,我们可以对量子比特做许多巧妙的事情。

虽然不能能确定效果,但当你看到 "0 "或 "1 "的概率是由状态形貌的(在上图中,"0 "的可“ke”能性更大,但不能保证)。 纠缠粒子的奇异之处在于,只要你以同样的方式丈量它们,它们的随机效果将是相关的。 对于最简朴的一种纠缠状态,|Phi^+ angle,效果是一样的。 若是两个光子处于共享状态如|Phi^+rangle,你发现其中一个是垂直偏振的,那么另一个也会是垂直偏振的「de」。

随机,但相互都是一样的。不幸的是,现实上与任何一个粒子的任何相互作用都市打破纠缠,最终你将只剩下一对通俗不相(xiang)关的粒子。

这篇关于纠缠的讨论将涉及到更多细节。

若何获得相隔数千公里的纠缠粒子的?仔细阅读下文。

QUESS正在做的,正是 "量子通讯 "的所有内容,是让两个纠缠的粒子即便相隔很远,也不会意外地损坏纠缠或丢失粒子(而当它们从太空中被发射到你身上时,这是很难的)。

若是两个相距甚远的各方共享一对纠缠的粒子,他们就可以最先做一些相当了不起的事情。 其中之一就是能够从一个粒子向其纠缠的孪生粒子发送量子比特,所谓"量子远程传输"。 量子传送需要一对纠缠的粒子和一个 "经典通讯渠道"(这包罗但不限于高声喊叫)。知足这些条件,我们可以很容易地将一个量子比特,从一个地方 "传送 "到另一个地方。

顶部:一个你想传送的状态,A,以及两个共享纠缠状态的粒子,B和C。

中部:丈量A和B的一些相对属性,并将效果发送给拥有另一个纠缠粒子的人。基于这《zhe》些信息,另一个纠缠粒子被控制。

底部:这将导致纠《jiu》缠被损坏,但C肩负了A的原始状态。

Qubits(一样平常的量子态)是极其玄妙的。任何能够让任何器【qi】械确定其状态的相互作用都市使该状态 "塌缩"――一个量子比特从0和1酿成了0或1,而所有可能与该叠加状态有关的优势都市消逝。 因此,远程传输需要丈量要发送的量子比特A,但不需要现实确定关于它的任何器械,这异常难题。 解决这个问题的方式是做一个特殊的丈量,这种丈量要对A和B举行对照,但并不直接丈量其中任何一个。 假设你知道两枚硬币有相同或相反的情形,那么你就相当于领会到了关于这两枚硬币的一些情形,但着实对它们中的任何一枚都没有详细领会。

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同样的想法也适用于量子传送。 纠缠态的中央头脑是,若是B和C是纠缠的,那么它们对丈量的反映是相同的。 因此,通过对照A和B并领会{hui}它们的差异之处,你也在领会A和C是若何差其余。 知道了这一点,你就可以弄清晰需要对C做什么来使其具有和A相同的状态,而这一切都不需要现实领会谁人状态是什么。 纵然假设C在中国的远方,你也可以直接告诉拥 yong[有它的人测试的效果是什么。 对于硬币/通例比特,你只需要发送一个“ge”比特的信息――对照的效果是 "相同 "或 "差异【yi】"。 而量子比特,你需要发送两个比特,由于量子力学是十分庞大的。 下面将会讲到有关于量子传送若何事情的更多细节。

物理学家多数不会对地面到空间的量子传送能起作用感应十分惊讶(由于没有人凭直觉制作和发射航天器)。 从来没有任何迹象注释,距离是量子纠缠的一个因素,以是这不是一个战胜物理纪律的问题,只是绕过了(许多)工程上的难题。 用房间双方的装备举行瞬移是很容易的。 这里的区别是,"房间的另一边 "正以约莫8公里/秒的速率移动,而且是在虚伪的空间里。

量子状态是玄妙的,以是我们得能够捕捉、操作和准确丈量单个光子的状态,并将滋扰降到最低。 假设你没有让别人高声读这篇文章,就可以考察到,光子在空气中携带的信息相当《dang》流通。真的异常流【liu】通。 而在足够《gou》大的距离上,纵然是清洁的空气也没有这么好。现在这个相同历程的穿越空气纪录在几个加那利群岛之间,有143公里。 那143公里穿过我们大气层中最麋集的区域(海平面)。 你和太空之间的空宇量与你和地面上7公里外的任何器械之间的空宇量差不多(你越往上走〖zou〗空气越稀薄)。 以是直上传送应该比在地面站之间传送更容易。

一样平常来说,通报完整的量子信息的最大问题是所有的器械都在行径旅程中,以是空间显然是一种解决方案。 空间的问题涉及距离:器械离得越远,目的就越小。 在两个地址之间确立纠缠,需要在一个地址缔造一对纠缠的粒子,然后将其中的一个发送到另一个地址。 QUESS想法捕捉到约莫每600万个光子对中的一个,而且它在日间不事情,由于阳光会从空气中散射出来(在两个量子卫星之间可能不是问题)。 总之,QUESS团队声称能够在每秒确立一个纠缠对。思量到所有的事情,这真是一个令人印象深刻的忧伤的吹嘘的权力。这组成了 "吹嘘"(QUESS团队关于这个问题的官方论文)。

纵然身处嘈杂的通道中,许多光子丢失,其他许多光子的状态也被他们的行程所扰乱,但一个可靠的量子通道仍然是可能存在的。我们可以提炼量子纠缠,将许多弱纠缠对酿成更少的强纠缠对。你可以把这想成是重复一个数字信息,让数字信息通过一个嘈杂的信道。发送信号需要更多的时间,但效果是一个比任何一个单独的实验更清晰的信息。 一旦双方确立了纠缠,一个量子状态可以在双方之间传送,包罗《luo》与其他器械〖xie〗纠缠的状态。 这样,A-B和B-C之间的两个纠缠对就可以酿成A-C之间的一个纠缠对。 有了 "量子中继器",我们可以通过拼集许多短的、可能是嘈杂的通道来确立伟大距离的量子通道。 重点是:只管量子态是完善且细腻的,但我们不需要完善的{de}细腻来处置它们「men」。

在电报的黄金时代,我们可以把信息(比特)发送到任何地方,只是当它们到达那里时,我们不能对它们做太多的事情。 我们正在进入一个类似的(但可能要短得多)的量子信息时代。

量子信息手艺仍处于起步阶段。 我们现在的情形类似于电报和摩斯密码的时代,可以通过长距离发送量子比特,一次发送几个,但我们在两头没有盘算性能够对这些量子比特做什么。 只管有这个伟大的缺陷,但有一些杀手级的应用可能会推动这项手艺的生长。 尤其是量子密码学。

撇开细节不谈,量子加密可归结为:

1)漫衍大量成对的纠【jiu】缠粒子

2)以相同的方式丈量每一对

3)纪录下效果

不涉及(ji)量子盘算,最大纠缠对的决议性特征是,对纠缠对的丈量是完全相关的,而且本质上是随机的。 任何阻挡纠缠粒子的人/物都市打破(或至少削弱)纠缠,因此可以检测到窃听行为。 对于外面的密码学家来说,量子密码学是一种确立共享随机隐秘的方式,对中央人攻击 强烈(或者至少可以检测到这种妄想)。 你和其他人确立一个只有你们两小我私人可能知道的随机数,这让你可以对任何信息举行加密并发送(例如通过电子邮件),物理规则可以保证信息的平安性。

量子密码学:用基础物理学来分『fen』享和珍爱隐秘!

令人震惊的是,许多具有空间探索能力的 *** 都对此感兴趣,因此Micius不太可能是最后一颗量子通讯卫星。

只是作为一个简短的旁白,由于它经常没有被清晰地说明:量子传送并不涉及任何“he”意义上的现实传送。 现实上没有器械进入到从一个量子系统到另一个量子系统的旅程。 在量子信息理论领域有一对定理说,若是你和其他人共享一对纠缠粒子(有时称为 "ebit"),那么以纠缠为价值,应用一些可爱的技巧,你可以。

1) 发送2个比特来通报一个量子比特

2) 发送1个量子比特来通报2个比特

第一个程序被称为 "远程传输",第二个被称为 "超麋集编码"。 其中一个是恐怖的、误导性的名字,另一个是 "超麋集编码"。

BY: Physicist

FY: 四二

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