Физика квантовой информации - Бауместер Д.
ISBN 5-94057-017-8
Скачать (прямая ссылка):
3.7.3 Заключительные замечания и перспективы
При переносе кубита, закодированного в поляризационном состоянии одного фотона на другой кубит, использовались пары фотонов, перепутанных по поляризациям, и методы двухфотонной интерферометрии. Телепортация также была реализована в других оптических системах, которые будут обсуждаться в двух следующих разделах. Однако эффект квантовой телепортации не ограничивается только оптическими экспериментами. Наряду с парами перепутанных фотонов можно приготавливать перепутанные атомы [ЮЗ], а также, в принципе, перепутывать фотоны с атомами или фононы с ионами и т.д. Тогда телепортация позволила бы перенести, например, состояние коротко-живущей, быстро распадающейся частицы на какие-нибудь более стабильные системы. Это открыло бы новые возможности для квантовой памяти, где информация входящих фотонов регистрировалась бы на ионах (атомах) в ловушках, тщательно изолированных от окружения.
Более того, при наличии механизмов «очищения» перепутывания [49] (см.гл. 8), т.е. схемы по улучшению степени перепутывания, когда она уменьшается из-за декогерентности при удержании или пропускании частиц через зашумленный канал, становится возможным передавать квантовое состояние частицы в определенное место. Этого можно добиться, даже если доступные квантовые каналы имеют ограниченное качество, т.е. посылка частицы как целого, могла бы разрушить хрупкое квантовое состояние. Если квантовое состояние передается через зашумленный квантовый канал на слишком большое расстояние, то качество передачи становится слишком низким и использование стандартных методов выделения сигнала затруднительно. В такой ситуации метод квантового повторителя позволяет разделить квантовый канал на короткие участки, которые очищаются по отдельности, а затем, объединяются методом обмена перепутыванием [104] (разд.8.7). Способность сохранить квантовые состояния в условиях неблагоприятного окружения даст огромные преимущества в области квантовой коммуникации и квантовых вычислений.
104 Квантовая плотная кодировка и квантовая телепортация
3.8 Схема квантовой телепортации двух частиц
Д. Боумейстер
Схема телепортации, рассмотренная в разд. 3.3, содержит две новые концепции. Во-первых, показано, как можно использовать перепутывание в качестве составного элемента канала квантовой передачи информации. Во-вторых, продемонстрировано, что информация, связанная с состоянием квантовой частицы, физически может быть разложена на классическую компоненту и чисто квантовую, а затем восстановлена из них обратно. Ни одна из этих компонент не содержит никакой информации о начальном квантовом состоянии, но будучи соединены вместе, они определяют это состояние полностью.
В предыдущем разделе эти концепции демонстрировались в трех-и четырехфотонных экспериментах. Недостаток этих экспериментов состоял в том, что Алиса не могла выполнить полное измерение белловских состояний, что уменьшало эффективность телепортации квантового состояния. Полное измерение состояний Белла подразумевало бы управляемое взаимодействие между двумя фотонами, что чрезвычайно трудно осуществить на практике12. В этом разделе рассматривается схема, предложенная С.Попеску [77] и экспериментально реализованная в Риме, лишена этого недостатка, но накладывает некоторые ограничения на передаваемые квантовые состояния.
В оригинальном варианте схемы телепортации задействованы три частицы. Две из них находятся в перепутанном (синглетном) состоянии, причем первая посылается Алисе, а вторая - Бобу; они образуют «нелокальный канал связи». Третья частица изначально находится в состоянии Ч*, именно это состояние и должна передать Алиса. Можно предположить, что частица была приготовлена в этом состоянии третьим участником - «Ассистентом», или, что Алиса получила его непосредственно извне. Схема, рассматриваемая здесь, содержит только две частицы, причем одна из них приходит по нелокальному каналу. «Ассистент» должен помочь Алисе закодировать прямо в ее компоненте синглетной пары, вместо того, чтобы кодировать '/'в третьей частице. Для этого «Ассистент» использует какую-то степень свободы частицы Алисы, отличающуюся от той степени свободы, по которой частица перепутана с другой, находящейся у Боба. Это отнюдь не облегчает задачу Алисы. Алиса по прежнему не может распознать,
12 Такое взаимодействие, основанное на нелинейно-оптическом процессе генерации суммарной частоты, было недавно осуществлено в работе [Y. Н. Kim, S.P.Kulik, Y. Shih, Quantum Teleportation with a Complete Bell State Measurement. Phys. Rev. Lett. 86, № 7, 1370 - 1373 (2001) (Прим. переводчика).
Схема квантовой телепортации двух частиц 105
что из себя представляет Ч/. Поэтому, если бы она не смогла воспользоваться классическим каналом, она и не смогла бы помочь Бобу приготовить его частицу в состоянии W. Однако, используя нелокальный квантовый канал, Алиса в состоянии выполнить свою задачу, передавая квантовое состояние Бобу.
В такой двухчастичной схеме действия Алисы проще, чем в трехчастичной схеме. Это связано с тем, что заставить взаимодействовать разные степени свободы одной частицы проще, чем заставить взаимодействовать две разные частицы.
