Кванттық телепортация құбылысы

Кіріспе

Физикалық құбылыс

Кванттық телепортация – бұл кванттық ақпаратты бір орналасқан жердегі жіберушіден, біршама қашықтықтағы қабылдаушыға беру әдісі. Телепортация ғылыми фантастикада физикалық объектілерді бір жерден екінші жерге тасымалдау құралы ретінде көбінесе бейнеленсе де, кванттық телепортация тек кванттық ақпаратты ғана тасымалдайды. Жіберуші тасымалданатын нақты кванттық күйді білуі міндетті емес. Сонымен қатар, қабылдаушының орналасқан жері белгісіз болуы мүмкін, бірақ кванттық телепортацияны аяқтау үшін жіберушіден қабылдаушыға классикалық ақпарат жіберілуі керек. Классикалық ақпарат жіберілуі қажет болғандықтан, кванттық телепортация жарық жылдамдығынан жылдамдамайды. Кванттық телепортацияны зерттеген алғашқы ғылыми мақалалардың бірі – 1993 жылы C.H. Bennett, G. Brassard, C. Crépeau, R. Jozsa, A. Peres және W.K. Wootters жариялаған «Қос классикалық және Эйнштейн-Подольский-Розен арналары арқылы белгісіз кванттық күйді телепортациялау» мақаласы, онда олар кванттық ақпаратты жіберу/қабылдау үшін екі байланыс әдісін пайдалануды ұсынды. Бұл 1997 жылы Санду Попеску және Антон Зелингер басқаратын екі зерттеу тобы тәжірибелік түрде жүзеге асырды. Кванттық телепортация бойынша көптеген тәжірибелер ақпарат мазмұнында, соның ішінде фотондар, атомдар, электрондар және суперөткізгіш тізбектер, сондай-ақ қашықтық бойынша жасалды, 1400 км (870 миль) – Ғылым академиясының Micius спутнигін пайдаланып, ғарыштық кванттық телепортация бойынша сәтті телепортацияның ең ұзақ қашықтығы. Бұл мәліметтер интернетте қолжетімді. Бұл оптикалық жүйеде кубиттер жарықтың поляризациясы арқылы кодталады. Телепортация бастапқы фотон (кездейсоқ күйге келтірілген) мен бір-бірімен байланысқан жұптан алынған фотон арасында жүреді. Бастапқы фотонда және байланысқан фотонда кванттық CNOT қақпасын пайдаланып, Белл жұптық өлшемі жасалады, нәтижесінде екі бит классикалық ақпарат алынады. Мақсатты фотон осы ақпаратқа негізделген екі басқарылатын толқын пластинасымен айналдырылады.]] Нақты телепортация үшін, тасымалданатын кубит үшін байланысқан кванттық күй жасалуы керек. Байланыс екі немесе одан көп жеке бөлшекті бір, ортақ кванттық күйге келтіру арқылы, әйтпесе ерекшеленетін физикалық жүйелер арасындағы статистикалық корреляцияны орнатады. Бұл аралық күйде кванттық күйлері бір-бірімен байланысқан екі бөлшек бар: бір бөлшектің күйін өлшеу екінші бөлшектің күйін өлшеу туралы ақпарат береді. Бұл корреляциялар, тіпті өлшемдер бір-бірінен тәуелсіз таңдалып, орындалғанда, себептік байланыссыз, Белл сынақтарында расталғандай, сақталады. Осылайша, кеңістік-уақыттағы бір нүктеде жасалған өлшеу таңдауының нәтижесінде алынған байқау, жарық әлі де қашықтықты жүріп өте алмай тұрғанына қарамастан, басқа аймақтағы нәтижелерге бірден әсер етеді, бұл қорытынды ерекше салыстырмалылық теориясына қайшы келеді. Бұл EPR парадоксы деп аталады. Алайда, мұндай корреляцияларды жарық жылдамдығынан жылдам ақпаратты беру үшін ешқашан пайдалануға болмайды, бұл ешқандай байланыс теоремасында жазылған. Сондықтан, телепортация ешқашан жарықтан асып түспейді, өйткені классикалық ақпарат келгенше кубит қайта құрыла алмайды. Жіберуші ақпаратты телепорттау үшін бөлшекті байланысқан бөлшектердің бірімен біріктіреді, бұл жалпы байланысқан кванттық күйдің өзгеруіне әкеледі. Осы өзгерген күйдегі қабылдаушыға тиесілі бөлшектер түйіскен күйдің өзгеруін өлшейтін анализаторға жіберіледі. «Өзгерту» өлшемі қабылдаушыға жіберушінің бастапқы ақпаратын қайта құруға мүмкіндік береді, нәтижесінде ақпарат екі түрлі орналасқан адамдар арасында тасымалданады немесе беріледі. Бастапқы кванттық ақпарат түйісу күйінің бөлігіне айналғандықтан «жойылады», сондықтан клондау теоремасы сақталады, өйткені ақпарат телепортация кезінде көшірілмейді, түйісу күйінен қайта құрылады. Кванттық арна – барлық кванттық ақпаратты беру үшін қолданылатын байланыс механизмі және телепортация үшін қолданылатын арна (кванттық арнаның дәстүрлі байланыс арнасына қатынасы кубиттің классикалық биттің кванттық аналогы болуына ұқсас). Алайда, кванттық арнадан басқа, кванттық ақпаратты «сақтау» үшін кубитпен бірге дәстүрлі арна да қолданылуы керек. Алғашқы кубит пен байланысқан бөлшектің арасындағы өзгертуді өлшеу кезінде өлшеу нәтижесі кванттық ақпаратты қайта құру үшін және қабылдаушы бастапқы ақпаратты алу үшін дәстүрлі арнамен жеткізілуі керек. Дәстүрлі арнаның осы қажеттілігі себепті телепортация жылдамдығы жарық жылдамдығынан асып түспейді (осыдан байланыс теоремасы бұзылмайды). Басты артықшылығы – Белл күйлерін лазерлерден алынған фотондарды пайдаланып бөлісуге болады, бұл телепортацияны ашық кеңістікте жүзеге асыруға мүмкіндік береді, өйткені ақпаратты физикалық кабельдер немесе оптикалық талшықтар арқылы жіберудің қажеті жоқ. Кванттық күйлер атомдардың әртүрлі еркіндік дәрежелерінде кодтала алады. Мысалы, кубиттер атом ядросын қоршап тұрған электрондардың еркіндік дәрежелерінде немесе ядроның өзінің еркіндік дәрежелерінде кодтала алады. Осылайша, осы типтегі телепортацияны жүзеге асыру үшін қабылдаушы жағында кубиттерді басып алуға болатын атомдар қоры қажет. 2015 жылға дейін жеке фотондардың, фотон режимдерінің, жеке атомдардың, атомдық жиынтықтардың, қатты денелердегі ақаулықтардың, жеке электрондардың және суперөткізгіш тізбектердің кванттық күйлері ақпарат тасымалдаушылары ретінде қолданылды. Кванттық телепортацияны түсіну үшін шекті өлшемді сызықтық алгебра, Гильберт кеңістіктері және проекциялық матрицалар туралы жақсы білім қажет. Кубит екі өлшемді кешенді сандық векторлық кеңістікпен (Гильберт кеңістігі) сипатталады, бұл төменде келтірілген формалдық манипуляциялардың негізгі негізі болып табылады. Кванттық телепортация математикасын түсіну үшін кванттық механика туралы білім міндетті емес, бірақ осы тақырыппен таныс болмаса, теңдеулердің терең мағынасы түсініксіз болып қалуы мүмкін.

Quantum teleportation is a technique for transferring quantum information from a sender at one location to a receiver some distance away. While teleportation is commonly portrayed in science fiction as a means to transfer physical objects from one location to the next, quantum teleportation only transfers quantum information. The sender does not have to know the particular quantum state being transferred. Moreover, the location of the recipient can be unknown, but to complete the quantum teleportation, classical information needs to be sent from sender to receiver. Because classical information needs to be sent, quantum teleportation cannot occur faster than the speed of light. One of the first scientific articles to investigate quantum teleportation is "Teleporting an Unknown Quantum State via Dual Classical and Einstein Podolsky Rosen Channels" published by C. H. Bennett, G. Brassard, C. Crépeau, R. Jozsa, A. Peres, and W. K. Wootters in 1993, in which they proposed using dual communication methods to send/receive quantum information. It was experimentally realized in 1997 by two research groups, led by Sandu Popescu and Anton Zeilinger, respectively. of quantum teleportation have been made in information contentincluding photons, atoms, electrons, and superconducting circuitsas well as distance, with 1,400 km (870 mi) being the longest distance of successful teleportation by Jian Wei Pan's team using the Micius satellite for space based quantum teleportation. available online. In this optical setup, qubits are encoded using the polarization of light. Teleportation occurs between the source photon (set to an arbitrary state) and one photon from an entangled pair. A Bell pair measurement is performed on the source photon and one entangled photon using a quantum CNOT gate, yielding two bits of classical information. The target photon is then rotated with two controllable waveplates based on this information.]] For actual teleportation, it is required that an entangled quantum state be created for the qubit to be transferred. Entanglement imposes statistical correlations between otherwise distinct physical systems by creating or placing two or more separate particles into a single, shared quantum state. This intermediate state contains two particles whose quantum states are related to each other: measuring one particle's state provides information about the measurement of the other particle's state. These correlations hold even when measurements are chosen and performed independently, out of causal contact from one another, as verified in Bell test experiments. Thus, an observation resulting from a measurement choice made at one point in spacetime seems to instantaneously affect outcomes in another region, even though light hasn't yet had time to travel the distance, a conclusion seemingly at odds with special relativity. This is known as the EPR paradox. However, such correlations can never be used to transmit any information faster than the speed of light, a statement encapsulated in the no communication theorem. Thus, teleportation as a whole can never be superluminal, as a qubit cannot be reconstructed until the accompanying classical information arrives. The sender will combine the particle, of which the information is teleported, with one of the entangled particles, causing a change of the overall entangled quantum state. Of this changed state, the particles in receiver's possession are then sent to an analyzer that will measure the change of the entangled state. The "change" measurement will allow the receiver to recreate the original information that the sender had, resulting in the information being teleported or carried between two people that have different locations. Since the initial quantum information is "destroyed" as it becomes part of the entanglement state, the no cloning theorem is maintained as the information is recreated from the entangled state and not copied during teleportation. The quantum channel is the communication mechanism that is used for all quantum information transmission and is the channel used for teleportation (relationship of quantum channel to traditional communication channel is akin to the qubit being the quantum analog of the classical bit). However, in addition to the quantum channel, a traditional channel must also be used to accompany a qubit to "preserve" the quantum information. When the change measurement between the original qubit and the entangled particle is made, the measurement result must be carried by a traditional channel so that the quantum information can be reconstructed and the receiver can get the original information. Because of this need for the traditional channel, the speed of teleportation can be no faster than the speed of light (hence the no communication theorem is not violated). The main advantage with this is that Bell states can be shared using photons from lasers, making teleportation achievable through open space, as there is no need to send information through physical cables or optical fibers. Quantum states can be encoded in various degrees of freedom of atoms. For example, qubits can be encoded in the degrees of freedom of electrons surrounding the atomic nucleus or in the degrees of freedom of the nucleus itself. Thus, performing this kind of teleportation requires a stock of atoms at the receiving site, available for having qubits imprinted on them. as of 2015, the quantum states of single photons, photon modes, single atoms, atomic ensembles, defect centers in solids, single electrons, and superconducting circuits have been employed as information bearers. Understanding quantum teleportation requires a good grounding in finite dimensional linear algebra, Hilbert spaces and projection matrixes. A qubit is described using a two dimensional complex number valued vector space (a Hilbert space), which are the primary basis for the formal manipulations given below. A working knowledge of quantum mechanics is not absolutely required to understand the mathematics of quantum teleportation, although without such acquaintance, the deeper meaning of the equations may remain quite mysterious.

Хаттама

Кванттық телепортация үшін қажетті ресурстар – екі классикалық битті таратуға қабілетті коммуникация арнасы, кубиттердің торысқан Белл күйін жасау және оны екі түрлі орналасқан жерге тарату, Белл күйінің кубиттерінің бірінде Белл өлшемін орындау және жұптан алынған екінші кубиттің кванттық күйін өзгерту. Әрине, телепортталуға тиіс кіріс кубиті (кванттық күйде ) де болуы керек. Протокол келесідей:

Белл күйі жасалады, бір кубиті А орнына, ал екіншісі В орнына жіберіледі. А орнында Белл күйіндегі кубит пен телепортталатын кубит ( ) арасында Белл өлшемі жүргізіледі. Бұл екі классикалық бит ақпаратында кодталатын төрт өлшем нәтижесінің бірін береді. А орнындағы екі кубит те жойылды. Классикалық арнаны пайдаланып, екі бит А-дан В-ға жіберіледі. (Бұл 1-қадамнан кейін ақпарат жылдамдығы жарық жылдамдығымен шектелгендіктен, уақытты қажет ететін жалғыз қадам.) А орнында орындалған өлшеу нәтижесінде В орнындағы Белл күйінің кубиті төрт мүмкін күйдің бірінде болады. Осы төрт мүмкін күйдің бірі бастапқы кванттық күйге сәйкес келеді, ал қалған үшеуі оған тығыз байланысты. Нақты алынған күйдің идентификациясы екі классикалық битте кодталады және В орнына жіберіледі. В орнындағы Белл күйінің кубиті үш жолдың бірімен өзгертіледі немесе мүлдем өзгертілмейді, нәтижесінде телепортация үшін таңдалған кубиттің күйіне тең кубит пайда болады. Жоғарыдағы протокол кубиттердің жеке-жеке адрестелетінін, яғни кубиттерді ажыратуға болатынын және физикалық түрде таңбаланғанын ескеру маңызды. Алайда, екі бірдей кубиттің толқындық функцияларының кеңістікте үсті-үстіне келуіне байланысты екеуінің арасында айырмашылық болмайтын жағдайлар болуы мүмкін. Бұл жағдайда кубиттерді жеке-жеке басқаруға немесе өлшеуге болмайды. Дегенмен, жоғарыда сипатталғанға ұқсас телепортация протоколын бастапқы Белл күйін қажет етпей, екі тәуелсіз дайындалған кубиттерді пайдалану арқылы шартты түрде іске асыруға болады. Бұл екі кеңістіктегі бір-біріне жанаспайтын, ажыратылмаған кубиттерді табуға болатын А және В аймақтарында орындалатын кеңістіктік жергілікті өлшемдер арқылы кубиттердің ішкі еркіндік дәрежесін (мысалы, спиндер немесе поляризациялар) анықтау арқылы жүзеге асырылуы мүмкін. Бұл теориялық болжам кванттық оптикалық құрылымда поляризацияланған фотондар арқылы тәжірибелік түрде расталды.

A Bell state is generated with one qubit sent to location A and the other sent to location B. A Bell measurement of the Bell state qubit and the qubit to be teleported ( ) is performed at location A. This yields one of four measurement outcomes which can be encoded in two classical bits of information. Both qubits at location A are then discarded. Using the classical channel, the two bits are sent from A to B. (This is the only potentially time consuming step after step 1 since information transfer is limited by the speed of light.) As a result of the measurement performed at location A, the Bell state qubit at location B is in one of four possible states. Of these four possible states, one is identical to the original quantum state , and the other three are closely related. The identity of the state actually obtained is encoded in two classical bits and sent to location B. The Bell state qubit at location B is then modified in one of three ways, or not at all, which results in a qubit identical to , the state of the qubit that was chosen for teleportation. It is worth noticing that the above protocol assumes that the qubits are individually addressable, meaning that the qubits are distinguishable and physically labeled. However, there can be situations where two identical qubits are indistinguishable due to the spatial overlap of their wave functions. Under this condition, the qubits cannot be individually controlled or measured. Nevertheless, a teleportation protocol analogous to that described above can still be (conditionally) implemented by exploiting two independently prepared qubits, with no need of an initial Bell state. This can be made by addressing the internal degrees of freedom of the qubits (e. g., spins or polarisations) by spatially localized measurements performed in separated regions A and B where the two spatially overlapping, indistinguishable qubits can be found. This theoretical prediction has been then verified experimentally via polarized photons in a quantum optical setup.

Эксперименттік нәтижелер мен жазбалар

1998 жылы жүргізілген жұмыстар бастапқы болжамдарды растады, ал телепортация қашықтығы 2004 жылдың тамызында оптикалық талшықты пайдалана отырып, 600 метрге дейін арттырылды. Кейіннен кванттық телепортация үшін рекордтық қашықтық біртіндеп , содан кейін , және қазір , Канар аралдарындағы ашық аспандағы эксперименттерде , Канар аралдарындағы астрофизика институтының екі астрономиялық обсерваториясы арасында жасалды. Материалдық жүйелер үшін рекордтық қашықтық құрайды. 2004 жылы бес фотонның түйісуін қолдана отырып, бірнеше орында орналасқан қабылдағыштармен "ашық мақсат" телепортациясы деп аталатын телепортацияның нұсқасы көрсетілді. Екі жалғыз кубит құрамасының телепортациясы да жүзеге асырылды. 2011 жылдың сәуірінде экспериментаторлар 10 МГц жолақтықтықты сақтай отырып, жарық толқынының пакеттерін телепортациялауды көрсеткендерін хабарлады. 2013 жылдың тамызында гибридті техниканы қолдана отырып, "толық детерминистік" кванттық телепортацияға қол жеткізілді. 2014 жылдың 29 мамырында ғалымдар деректерді кванттық телепортация арқылы жеткізудің сенімді тәсілін жариялады. Кванттық телепортация бұрын да жасалып келген, бірақ сенімді емес әдістермен. 2015 жылдың 26 ақпанында Хэфэйдегі Қытай ғылым және технология университетінің ғалымдары Чао Ян Лу мен Цзянь Вэй Пан бастаған кванттық бөлшектің бірнеше еркіндік дәрежесін телепортациялау бойынша алғашқы эксперимент жүргізді. Олар кванттық ақпаратты рубидий атомдарынан басқа рубидий атомдарына телепорттауға қол жеткізді. 2016 жылы зерттеушілер Hefei оптикалық талшық желісі арқылы бөлінген екі тәуелсіз көзбен кванттық телепортацияны көрсетті. 2016 жылдың қыркүйегінде Калгари университетінің зерттеушілері Калгаридің метрополитендік талшық желісі арқылы кванттық телепортацияны жүзеге асырды. 2020 жылдың желтоқсанында INQNET ынтымақтастығының бір бөлігі ретінде зерттеушілер жалпы қашықтығы 44 км (27,3 миль) көлемінде кванттық телепортацияға қол жеткізді. Зерттеушілер кванттық телепортацияны газ атомдары арасындағы ақпаратты жеткізу үшін де сәтті қолданды, себебі газ бұлттары макроскопиялық атомдық ансамбльдер болып табылады. Сонымен қатар логикалық операцияларды телепорттау мүмкін, кванттық қақпа телепортациясын қараңыз. 2018 жылы Йель физиктері логикалық кодталған кубиттер арасында детерминистік телепортталған CNOT операциясын көрсетті. Кванттық телепортация алғаш рет 1993 жылы теориялық тұрғыда ұсынылғаннан бері көптеген түрлі формаларда дәлелденді. Бұл зерттеу бір фотонның, бір атомның және тұтқынға түскен ионның екі деңгейлі күйін және екі фотонды пайдалану арқылы жүргізілді. 1997 жылы екі топ тәжірибе жүзінде кванттық телепортацияға қол жеткізді. Бірінші топтың басшысы Санду Попеску болды. Антон Зелингер бастаған эксперименталды топ бірнеше айдан кейін соңынан ерді. Попеску тобы жасаған тәжірибелерден алынған нәтижелер классикалық арналар ғана сызықтық поляризацияланған күй мен эллиптік поляризацияланған күйдің телепортациясын қайталай алмайды деген қорытындыға келді. Белл күйін өлшеу төрт Белл күйін ажыратады, бұл идеалдық бейнеде телепортацияның 100% сәттілік деңгейін қамтамасыз ете алады. Фотон 1 45°-та поляризацияланды. Кванттық телепортация екі фотоны да 25% ықтималдығымен анықтаған кезде расталады. Екі детектор, f1 және f2, сәуле бөлушінің артына орналастырылады және кездейсоқтықты тіркеу күйді анықтайды. Егер f1 және f2 детекторлары арасында сәйкес келуі болса, онда 3 фотоны 45° бұрышта поляризацияланады деп болжанады. Фотон 3 +45° және -45° поляризацияны таңдайтын поляризациялық сәуле бөлуші арқылы өтеді. Егер кванттық телепортация орын алса, +45° шығыс деңгейіндегі d2 детекторы ғана детекторды тіркейді. -45° шығыс нүктесінде орналасқан d1 детекторы фотондарды байқай алмайды. Егер 45° талдаумен d2f1f2 арасында сәйкес келуі және -45° талдаумен d1f1f2 сәйкес келмеуі болса, бұл поляризацияланған фотонынан алынған ақпарат кванттық телепортацияны қолдана отырып, фотоны 3 телепортацияланғанын дәлелдейді.

Work in 1998 verified the initial predictions, and the distance of teleportation was increased in August 2004 to 600 meters, using optical fiber. Subsequently, the record distance for quantum teleportation has been gradually increased to , then to , and is now , set in open air experiments in the Canary Islands, done between the two astronomical observatories of the Instituto de Astrofísica de Canarias. For material systems, the record distance is
A variant of teleportation called "open destination" teleportation, with receivers located at multiple locations, was demonstrated in 2004 using five photon entanglement. Teleportation of a composite state of two single qubits has also been realized. In April 2011, experimenters reported that they had demonstrated teleportation of wave packets of light up to a bandwidth of 10 MHz while preserving strongly nonclassical superposition states. In August 2013, the achievement of "fully deterministic" quantum teleportation, using a hybrid technique, was reported. On 29 May 2014, scientists announced a reliable way of transferring data by quantum teleportation. Quantum teleportation of data had been done before but with highly unreliable methods. On 26 February 2015, scientists at the University of Science and Technology of China in Hefei, led by Chao yang Lu and Jian Wei Pan carried out the first experiment teleporting multiple degrees of freedom of a quantum particle. They managed to teleport the quantum information from ensemble of rubidium atoms to another ensemble of rubidium atoms over a distance of using entangled photons. In 2016, researchers demonstrated quantum teleportation with two independent sources which are separated by in Hefei optical fiber network. In September 2016, researchers at the University of Calgary demonstrated quantum teleportation over the Calgary metropolitan fiber network over a distance of In December 2020, as part of the INQNET collaboration, researchers achieved quantum teleportation over a total distance of 44 km (27.3 mi) with fidelities exceeding 90%. Researchers have also successfully used quantum teleportation to transmit information between clouds of gas atoms, notable because the clouds of gas are macroscopic atomic ensembles. It is also possible to teleport logical operations, see quantum gate teleportation. In 2018, physicists at Yale demonstrated a deterministic teleported CNOT operation between logically encoded qubits. First proposed theoretically in 1993, quantum teleportation has since been demonstrated in many different guises. It has been carried out using two level states of a single photon, a single atom and a trapped ion – among other quantum objects – and also using two photons. In 1997, two groups experimentally achieved quantum teleportation. The first group, led by Sandu Popescu, was based in Italy. An experimental group led by Anton Zeilinger followed a few months later. The results obtained from experiments done by Popescu's group concluded that classical channels alone could not replicate the teleportation of linearly polarized state and an elliptically polarized state. The Bell state measurement distinguished between the four Bell states, which can allow for a 100% success rate of teleportation, in an ideal representation. Photon 1 was polarized at 45° in the first experiment conducted by Zeilinger's group. Quantum teleportation is verified when both photons are detected in the state, which has a probability of 25%. Two detectors, f1 and f2, are placed behind the beam splitter, and recording the coincidence will identify the state. If there is a coincidence between detectors f1 and f2, then photon 3 is predicted to be polarized at a 45° angle. Photon 3 is passed through a polarizing beam splitter that selects +45° and −45° polarization. If quantum teleportation has happened, only detector d2, which is at the +45° output, will register a detection. Detector d1, located at the −45° output, will not detect a photon. If there is a coincidence between d2f1f2, with the 45° analysis, and a lack of a d1f1f2 coincidence, with −45° analysis, it is proof that the information from the polarized photon 1 has been teleported to photon 3 using quantum teleportation.

Жерден спутникке кванттық телепортация

Бұл экспериментте телепортталатын кванттық күйі , мұндағы және белгісіз комплекс сандар болып табылады, көлденең поляризациялық күйді білдіреді, ал тік поляризациялық күйді білдіреді. Бұл күйде дайындалған кубит Тибеттің Нгари қаласындағы зертханада жасалды. Мақсаты – 2016 жылдың 16 тамызында 500 км биіктікте ұшырылған Мициус спутнигіне кубиттің кванттық ақпаратын телепорттау. 1 және 2 фотондарда Белл күйін өлшеу жүргізілгенде және нәтижесінде күйі алынса, 3 фотон осы қажетті күйді жеткізеді. Егер анықталған Белл күйі болса, қалаған кванттық күйді алу үшін күйге фазалық ығысу қолданылады. Жердегі станция мен спутник арасындағы қашықтық 500 км-ден 1400 км-ге дейін өзгереді. Қашықтықтың өзгеруіне байланысты, жоғары көтеріліс каналының жоғалуы 41 дБ мен 52 дБ аралығында ауытқып отырады. Бұл эксперименттен алынған орташа сенімділік 0,80-ге, ал стандартты ауытқу 0,01-ге тең. Сондықтан, бұл эксперимент кванттық телепортация арқылы 500–1400 км қашықтықта жер-спутник байланысын сәтті орнатты. Бұл – жаһандық кванттық интернет құруға қажетті маңызды қадам.

Басқа жазулар

Телепортация протоколын сипаттау үшін әртүрлі жазбалар қолданылады. Олардың бірі – кванттық қақпалардың жазбасын пайдалану. Жоғарыда келтірілген шығаруда, базаның өзгеруін қамтитын біртіндегі түрлендіру (стандартты көбейту базасынан Белл базасына) кванттық қақпалар арқылы жазылуы мүмкін. Тікелей есептеулер көрсеткендей, бұл қақпа H – бір кубиттық Уолш-Адамар қақпасы және бақыланатын NOT қақпасы арқылы беріледі.

Қатысуды алмастыру

Телепортация таза күйлерге ғана емес, сонымен қатар аралас күйлерге де қолданылуы мүмкін, оларды түйіскен жұптың бір ғана ішкі жүйесінің күйі ретінде қарастыруға болады. Қатысу алмасуы деп аталатын қарапайым және түсінікті мысал бар. Егер Алиса мен Боб түйіскен жұпқа ие болса, ал Боб өзінің бөлшегін Кэролға телепорттаса, онда Алисаның бөлшегі Кэролдың бөлшегімен түйіседі. Бұл жағдайды симметриялы түрде де қарастыруға болады: Алиса мен Боб бір-бірімен түйіскен жұпқа, ал Боб пен Кэрол басқа бір түйіскен жұпқа ие. Енді Боб Белл базасындағы екі бөлшегіне проекциялық өлшеу жасап, нәтижені Кэролға жіберсін. Бұл әрекеттер жоғарыда сипатталған телепортация протоколымен толық сәйкес келеді, мұнда Бобтың бірінші бөлшегі, Алисаның бөлшегімен түйіскені, телепортацияланатын күй ретінде қарастырылады. Кэрол протоколды аяқтағанда, ол телепортталған күйдегі бөлшекке ие болады, яғни ол Алисаның бөлшегімен түйіскен күйде болады. Осылайша, Алиса мен Кэрол тікелей әрекеттеспегенімен, олардың бөлшектері енді түйіседі. Боб Кокеке қатысты кванттық механика терминдерімен түйісу алмасуының толық диаграммалық түсіндірмесін берді.

Телепортация протоколының жалпылаулары

Жоғарыда сипатталған кубит үшін негізгі телепортация протоколы бірнеше бағытта жалпыландырылды, әсіресе телепортталатын жүйенің өлшемдері және қатысушы тараптардың саны (жіберуші, бақылаушы немесе қабылдаушы ретінде) тұрғысынан.

d-өлшектік жүйелер

Деңгейлік жүйелерге (квидттер деп аталады) жасалған жалпылау тікелей және Беннетт және тағы басқалардың алғашқы мақаласында талқыланған болатын.

Браунштейн мен Кимбл үздіксіз өзгермелі жүйелер деп аталатын шексіз өлшемді жалпылауды ұсынды, бұл шартсыз жұмыс істейтін алғашқы телепортация экспериментіне әкелді.

Көпжақты нұсқалар

Көп бөліктік байланысқан күйлерді екі бөліктік максималды байланысқан күйдің орнына қолдану бірнеше жаңа мүмкіндіктерді ұсынады: жөнелтуші ақпаратты бірнеше қабылдаушыға телепорттауға болады, олардың барлығына бірдей күйді жіберу арқылы (бұл процеске қажетті байланыстың мөлшерін азайтуға мүмкіндік береді) немесе көп бөліктік күйлерді телепорттауға, немесе бір күйді сондай етіп жіберуге болады, қабылдаушы тараптар ақпаратты алу үшін бірлесіп жұмыс істеуі керек. Соңғы жағдайды тағы бір қырынан қарасақ, кейбір тараптар басқаларының телепортталуын бақылай алады.

Логикалық қақпаны телепортациялау

Жалпы, ρ аралас күйлерін тасымалдауға болады және телепортация барысында ω сызықтық түрлендіруі қолданылуы мүмкін, осы арқылы кванттық ақпаратты өңдеуге жағдай жасалады. Бұл кванттық ақпаратты өңдеудің негізгі құрылымдық элементтерінің бірі. Бұл төменде көрсетіледі.

құбылыстың жергілікті түсіндірмесі

Кванттық телепортацияның жергілікті түсіндірмесін Дэвид Дойч пен Патрик Хейден кванттық механиканың көптеген әлемдер түсіндірмесіне сәйкес ұсынады. Олардың мақаласында Алисаның Бобқа жіберген екі биті кванттық күйдің телепортациясына себеп болатын "жергілікті түрде қолжетімсіз ақпаратты" қамтиды делінген. "Кванттық ақпараттың классикалық канал арқылы өту қабілеті [ ], декогеренстен сақталуы, кванттық телепортацияның негізі болып табылады".

Жоғары өлшемдер

Кванттық телепортация логикалық қақпалардың орналасуы арқылы қатеге төзімді кванттық есептеулермен байланысты қателерді азайтуға мүмкіндік береді. Д. Готсман мен И. Л. Чуанның жүргізген тәжірибелері, қоршаған ортаның қателіктерінен қорғануды күшейтуге бағытталған "Клиффорд иерархиясы" қақпалар тізбегін анықтады. Жалпы алғанда, Клиффорд иерархиясы қателік шегінің жоғарылауына мүмкіндік береді, себебі қақпалар тізбегі есептеу үшін қажетті ресурстарды азайтады. Кванттық компьютерде қолданылатын қақпалардың саны артық болған сайын, шу деңгейі де жоғарылайды, бірақ логикалық тасымалдауда қақпалардың орналасуы мен телепортацияны қолдану осы шуды азайта алады, өйткені бұл кванттық желілерде аз "трафик" қажет етеді. Кванттық компьютерде қолданылатын кубиттердің саны артық болған сайын, қақпалар тізбегінің деңгейлері де артады, ал қақпалар тізбегінің диагональдануы да әртүрлі дәрежеде өзгереді. Жоғары өлшемді талдау Клиффорд иерархиясының жоғары деңгейлі қақпалар тізбегін қамтиды.

Ақпараттың сапасы

Кванттық телепортация үшін бұрын айтылған аралық өрілген күйдің қажеттілігін ескере отырып, ақпарат сапасы үшін осы күйдің тазалығына көңіл бөлу керек. Дамытылған қорғау шарасы үздіксіз өзгермелі ақпаратты (әдеттегі дискретті өзгермелі емес) пайдалануды қамтиды, бұл біріктірілген когерентті аралық күйді құрайды. Бұл алынған ақпараттың фазалық ығысуын жасауды және қабылдау кезінде таңдалыныс күйін пайдаланып араластыру қадамын қосуды қамтиды, бұл күй "жіберушінің классикалық ақпаратына сәйкес" болатын екі режимді күйді құрады, ол бастапқы жіберілген ақпаратты қамтиды. Қандай да бір кванттық ақпаратқа ие жүйелер арасында ақпаратты телепортациялау саласында да жетістіктер болды. Фэн, Сюй, Чжоу және т.б. жүргізген тәжірибелер, оптикалық квибит-квартит өрісу қақпасын қолдану арқасында, бұрыннан ақпаратқа ие фотонға квибит телепортациялау мүмкін екенін көрсетті. Бұл мүмкіндік есептеулерді арттырады, себебі есептеулер бұрын сақталған ақпаратқа негізделіп жасалып, бұрынғы есептеулерді жақсартуға мүмкіндік береді.