Физика квантовой информации - Бауместер Д.
ISBN 5-94057-017-8
Скачать (прямая ссылка):
10 В эксперименте, который рассматривается в настоящем разделе, Боб действительно выполняет тождественное преобразование, т.е. ничего не делает с фотоном 3. В оригинальной версии [74] Боб не измеряет поляризационное состояние фотона 3, а выполняет одно из четырех унитарных преобразований, изменяя поляризацию проходящего фотона. Только при идентификации одного из четырех белловских состояний, а именно l1?-), что происходит в 25 % случаев, Бобу нужно сохранить поляризацию фотона 3 без изменения ( см также [Д.Н.Клышко. К теории интерпретации эффекта «квантовой телепортации», ЖЭТФ, вып. 4(10), 1171 - 1187 (1998)]). (Прим. переводчика.)
98 Квантовая плотная кодировка и квантовая телепортация
Все существенные компоненты экспериментальной установки по квантовой телепортации были обсуждены выше. Таким образом, мы подошли к вопросу о том, как с помощью такой установки экспериментально подтверждается утверждение о том, что неизвестное квантовое состояние может быть телепортировано. Для этого, нужно доказать, что телепортация работает для набора неизвестных неортогональных состояний. Проверка с помощью неортогональных состояний необходима для демонстрации решающей роли квантового перепутывания в схеме телепортации11.
3. 7.1 Экспериментальные результаты
В первом эксперименте фотон 1, в котором был закодирован начальный кубит, приготавливался в состоянии с линейной поляризацией под углом 45°. Телепортация должна происходить, как только фотоны 1 и 2 детектируются в состоянии Это означает, что если регистри-
руется совпадение отсчетов между детекторами f 1 и f2 (Рис. 3.12), т.е. фотоны 1 и 2 проектируются в состояние |VP")12> то фотон 3 должен оказаться поляризованным под углом 45° (с точностью до несущественного знака, см. (3.6)). Поляризация фотона 3 анализируется при его прохождении через поляризационный светоделитель, выделяющий поляризации + 45° и - 45°. Для демонстрации телепортации необходимо, чтобы только детектор d2, находящийся в выходной моде поляризационного светоделителя «+ 45°», зарегистрировал фотон, как только произойдет совпадение отсчетов между fl и f2. Детектор d 1, расположенный в моде «- 45°», при этом не должен регистрировать фотон. Поэтому, запись тройного совпадения d2-fl- f2 (+ 45°- анализ) вместе с отсутствием тройного совпадения dl-f l-f2 (- 45°-анализ) служит доказательством того, что поляризация фотона 1, представляющего начальный кубит, была передана фотону 3.
Чтобы удовлетворить условию неразличимости между фотонами 1 и 2 (см. предыдущий раздел), время прихода фотона 2 варьировалось путем внесения задержки между первым и вторым актами спонтанного излучения пар фотонов. Это достигалось с помощью перемещения отражающего зеркала (см. Рис.3.12). Телепортация должна происходить внутри области временного перекрытия фотонов 1 и 2.
Вне этой области фотоны 1 и 2 независимо попадают либо в детектор f 1, либо в f2. Вероятность получения совпадения между де-
11 Эта причина аналогична той, которая возникает при мотивации использования неортогональных состояний для построения неравенств Белла (см. разд. 1.7 и приводимые там ссылки).
Эксперименты по квантовой телепортации кубитов 99
текторами f 1 и f 2, поэтому оказывается 50%. Это значение вдвое превышает вероятность внутри области телепортации, т.к. только компонента |4^) двухфотонного состояния, попадающего на светоделитель, будет приводить к совпадениям. Поскольку фотон 2 является частью перепутанного состояния, он сам по себе не имеет поляризации, и совместное состояние фотонов 1 и 2 составляет равновесовую суперпозицию всех четырех состояний Белла, независимо от состояния фотона 1. Фотон 3 также не должен проявлять поляризационных свойств, т.к. он является перепутанным с фотоном 2. Поэтому, оба детектора dl и d2 имеют 50%-ую вероятность регистрации фотона
3. Этот простой аргумент приводит к 25%-ой вероятности событий, как для -45“-анализа (совпадения dl-fl-f2), так и для +45“-анализа (d2-f 1 -f2) вне области телепортации.
Теория: +45°-телепортация
Рис. 3.13. Теоретическое предсказание поведения вероятности тройных совпадений между двумя детекторами в анализаторе состояний Белла (f 1 и f 2) и одним из детекторов, анализирующим телепортируемое состояние. Признак телепортации поляризационного состояния фотона (+45°) - провал до нуля скорости счета тройных совпадений при нулевой задержке в -<45°-анализе (dl-f 1 -f2) (а) и постоянный уровень сигнала при +45°-анали-зе (d2-fl -f2) (Ь). Затененная область обозначает область телепортации.
100 Квантовая плотная кодировка и квантовая телепортация
На Рис.3.13 показаны вероятности тройных совпадений как функции задержки. Успешная телепортация +45°-го поляризационного состояния характеризуется уменьшением вероятности до нуля при -4 5°-анализе, см. Рис. 3.13а и постоянной вероятностью при выполнении -45°-анализа, см. Рис. 3.13Ь. Заметим, что приведенные выше аргументы относятся к вероятности наблюдения события dl-fl-f2 (d2-fl-f2) при условии срабатывания контрольного детектора р (см. рис.3.12).
Теория: Теория:
