Физика квантовой информации - Бауместер Д.
ISBN 5-94057-017-8
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 3.14. Экспериментальная демонстрация телепортации кубитов. Измеренные скорости счета совладений dl-fl-f2 (-45°) d2-fl-f2 (+45°) в случае, когда состояние телепортированного фотона составляет +45° (а) и (А) или +90° (с) и (d) при условии детектирования вспомогательного фотона детектором р. Скорости счета четверных совпадений нанесены как функции задержки (в мкм) между прибытием фотонов 1 и 2 на светоделитель Алисы (см. рис.3.12). Эти данные в совокупности с рис. 3.13, подтверждают факт телепортации произвольного состояния кубита.
Экспериментальные результаты по телепортации фотонов, поляризованных под углом +45°, представлены в первой колонке Рис. 3.14. Рисунки 4.14а и 3.14Ь надо сравнивать с теоретическими предсказаниями, показанными на Рис. 3.13.
Резкое уменьшение числа совпадений при -45°-анализе и посто-
Эксперименты по квантовой телепортации кубитов 101
янный уровень сигнала при +45°-анализе подтверждает, что фотоны 3 поляризованы вдоль направления поляризации фотонов 1, в соответствии с протоколом квантовой телепортации. Отметим еще раз, что в этих экспериментах использовались четверные совпадения, где четвертый фотон являлся вспомогательным, подтверждающим наличие фотона 1.
Чтобы предотвратить любые попытки объяснения экспериментальных результатов с классической точки зрения, были проведены измерения четверных совпадений в случае телепортации +90°-ых поляризационных состояний, т.е. для состояний не являющихся ортогональными к +45°-ш состояния. Экспериментальные результаты показаны на Рис. 3.14с и 3.14d. Была зарегистрирована видность около 70%±3% при измерении «провалов» в случае ортогонально поляризованных состояний.
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
О in « • VO О о
• •
*
• • • • •* •• ./ V.
* • • • •
-150-100 -50 0 50 100 150
Задержка (/;)
-150-100 -50 0 50 100 150
Задержка (/;)
Рис. 3.15. Качество телепортации кубита, закодированного в поляризации однофотонного состояния. Степень наложения начального кубита с теле-портированным, определенная при помощи техники четверных совпадений, составила 80%.
Из результатов, показанных на Рис. 3.14, можно непосредственно получить «качество» телепортации кубита, закодированного в поляризации однофотонного состояния. «Качество» (fideliti) определяется как мера совпадения начального кубита с те депортированным, и показано на Рис.3 .15. В эксперименте регистрация телепортированных фотонов играла двойную роль: с одной стороны это использовалось в качестве фильтрации только тех событий, в которых был задействован начальный кубит, а с другой - для измерения качества процедуры телепортации. По поводу фильтрации заметим, что анализатор белловских состояний Алисы мог зарегистрировать два события, вызванных генерацией двух пар коррелированных фотонов при повторном прохождении (отраженного) импульса накачки через нелинейный кристалл. В этом случае
102 Квантовая плотная кодировка и квантовая телепортация
Боб вообще не будет наблюдать фотонов [83], а у детектора р окажутся два фотона. Такие исходы могут быть идентифицированы, и следовательно, исключены из рассмотрения с помощью детектора р, который позволяет различить одно- и двух-фотонные состояния [102].
Независимо от того, используется такая модифицированная схема регистрации или нет, измеренное качество будет одним и тем же [84]. Главным образом оно определяется степенью неразличимостью фотонов, регистрируемых Алисой в анализаторе состояний Белла. Мера неразличимости непосредственно связана с соотношением между спектральной шириной импульса накачки и интерференционных фильтров. Чем больше это отношение, тем выше качество, но меньше полезные сигналы.
3.7.2 Телепортация перепутывания
В рассмотренном эксперименте, вместо использования четвертого фотона, как вспомогательного, показывающего, что фотон 1 имеется в наличии, можно попытаться исследовать тот факт, что фотоны 1 и 4 также могут быть приготовлены в перепутанном состоянии, скажем, в состоянии, как показано на Рис.3.16.
Перепутан с 1
Источник ЭПР- Источник ЭПР-
состояний состояний
Рис. 3.16. Принцип обмена перепутыванием. Два источника ЭПР-состоя-ний дают две пары перепутанных фотонов - пару 1-4 и пару 2-3. Два фотона, по одному из каждой пары (фотоны 1 и 2), измеряются в анализаторе белловского состояния. В результате другие два фотона 3 и 4 проектируются в перепутанное состояние.
Состояние фотона 1, поэтому, полностью не определено и вся информация заключена в совместных свойствах фотонов 1 и 4. Если фотон 1 подвергается квантовой телепортации, как рассматривалось в предыдущем разделе, фотон 3 приобретает свойства фотона 1 и поэтому становится перепутанным с фотоном 4 (см. Рис. 3.16). Интересно,
Эксперименты по квантовой телепортации кубитов 103
что фотоны 4 и 3 получены от разных источников и никогда не взаимодействовали непосредственно друг с другом; тем не менее, в результате процедуры квантовой телепортации, они образуют перепутанную пару Экспериментальная проверка такого эффекта передачи перепутывания [86], известного как обмен перепутыванием, и несколько его возможных применений [85, 87], будут рассмотрены в разд.3.10 и 3.11.
