Физика квантовой информации - Бауместер Д.
ISBN 5-94057-017-8
Скачать (прямая ссылка):
В соответствии со схемой обмена перепутыванием, при проектировании фотонов 2 и 3 в состояние |^“)23, фотоны 1 и 4 должны спрои-цироваться в состояние |^“)14- Для проверки того, что получается именно это перепутанное состояние, мы должны проанализировать поляризационные корреляции между фотонами 1 и 4 одновременно с совпадениями между отсчетами детекторов в анализаторе состояний
Обмен перепутыванием: телепортация перепутывания 119
Белла. Если фотоны 1 и 4 находятся в состоянии |^“)14, их поляризации должны быть ортогональными при измерении в любом поляризационном базисе14. Используя полуволновую пластинку, ориентированную под углом 22.5° и два детектора (D1+ и D 1~) позади поляризационного светоделителя, анализируется поляризация фотона 1 вдоль +45° оси (Dl+) и вдоль -45° оси (D1). Фотон 4 анализируется детектором D4 при любых направлениях поляризации ©.
0 (град.)
Рис. 3.24. Проверка перепутывания. Четверные совпадения, возникающие из двойных совпадений Dl+ D4 и D1 D4 при условии двойных совпадений при измерении состояния Белла - как функции угла поляризатора ©. Две дополнительные друг к другу кривые с видностью 0.65 ± 0.02 демонстрируют, что фотоны 1 и 4 находятся в состоянии, перепутанном по поляризации.
Если обмен перепутыванием действительно происходит, то четверные совпадения между Dl+ и D4, а также между D1- и D4, при условии детектирования |^)23, должны проявлять две синусоидальных кривых, как функций аргумента 0, сдвинутых по фазе на 90°. Кривая Dl+ D4 должна, в принципе, падать до нуля при © = 45°, в то время как кривая Dl~ D4 - иметь при этом положении максимум. На рис.3.24 показаны экспериментальные результаты для совпадений между Dl+ и D4, и между Dl~ D4, при условии что фотоны 2 и 3 были зарегистрированы двумя детекторами в анализаторе белловских состояний.
Заметим, что такой метод подразумевает регистрацию четверных совпадений. Результаты четко демонстрируют ожидаемые сину-
14 В действительности, в обсуждаемых экспериментах проводилась проверка инвариантности состояния |Ч/")]4 только по отношению к повороту линейного ортогонального базиса (Прим. переводчика).
120 Квантовая плотная кодировка и квантовая телепортация
соидальные кривые, дополнительные для двух детекторов (Dl+ и D1) при регистрации фотона 1 в направлениях с ортогональными поляризациями. При проведении дополнительных измерений было показано, что эти кривые не зависят (с точностью до фазового сдвига в аргументе 0) от базиса, в котором регистрируется фотон 1, т.е. независимо от угла поворота полуволновой пластинки. Наблюдаемая видность 0.65 заметно превосходит предел, получающийся из классической волновой теории, и составляющий 0.5. Заметим, что этот результат является реализацией квантовой телепортации в чисто квантовой ситуации, т.к. перепутывание между двумя частицами, не имеющими общего источника и не взаимодействовавшими друг с другом в прошлом, возникает только в результате рассматриваемой процедуры. В следующем разделе будут рассмотрены некоторые приложения эффекта обмена перепутыванием.
3.11 Применение обмена перепутыванием
С.Бозе, В.Ведрал, П.Л.Найт
Обмен перепутыванием может быть использован для целого ряда практических целей: построения квантового телефонного коммутатора, ускорения распределения перепутанных частиц между двумя частями, в разновидностях последовательного очищения и для построения перепутанных состояний охватывающих большое количество частиц [87]. Ниже мы детально рассмотрим эти приложения.
3.11.1 Квантовый телефонный коммутатор
Предположим, что имеется N пользователей в некоторой информационной сети. Для начала каждый пользователь сети должен объединиться перепутанными парами частиц с центральным коммутатором. Рассмотрим Рис.3.25: А, В, С и D - это пользователи, имеющие в своем распоряжении перепутанные частицы, находящиеся совместно с центральным коммутатором О в состояниях Белла (1, 2), (3, 4), (5,6) и (7,8) соответственно. Предположим теперь, что А, В и С хотят составить ГХЦ-триплет. Тогда коммутатор О должен суметь выполнить измерение, которое проектирует частицы 2, 3 и 5 на ГХЦ-состояния. Немедленно после этого произойдет редукция частиц 1, 4 и 6, принадлежащих, соответственно, А, В и С в ГХЦ-состояние. Подобным же образом можно перепутать частицы, принадлежащие любым N пользователям сети и создать N-частичное состояние типа ШК.
Применение обмена перепутыванием 121
Рис.3.25. Конфигурация, используемая для распределения перепутывания. Изначально пользователи А, В, С и D объединены посредством белловских пар с центральным коммутатором О. Следовательно, локального измерения в т. О достаточно, для того чтобы перепутать частицы, принадлежащие любой выборке пользователей составленной из А, В, С и D.
Основное преимущество использования такой методики для установления перепутывания над генерацией jV-частичных перепутанных состояний от одного источника с их последующим перераспределением состоит в следующем.
(А) Во-первых, каждый пользователь может сначала очистить большое количество частично декогерентных белловских пар, объединенных с центральным коммутатором, для того чтобы получить меньшее количество, но чистых белловских пар. Такая операция может использоваться как начальная при генерации любых типов многочастичных состояний типа шредингеровской кошки (ШК), имеющихся у пользователей. Представляется, что таким образом будут решены проблемы, связанные с возникновением декогерентности при распространении частиц (по крайней мере, в принципе). Так же, полностью удается избежать проблемы необходимости очищения N-частичных ШК-состояний. Очищение синглетных состояний, рассмотренных в нашей схеме, позволит генерировать ./V-частичные состояния в их наиболее чистом виде.
