Квантовая телепортация: передача информации, а не материи.

Введение

Физическое явление

Квантовая телепортация – это техника передачи квантовой информации от отправителя, находящегося в одной точке пространства, к получателю на некотором расстоянии. В то время как в научной фантастике телепортация обычно изображается как способ перемещения физических объектов из одного места в другое, квантовая телепортация передает только квантовую информацию. Отправителю не требуется знать конкретное квантовое состояние, которое передается. Более того, местоположение получателя может быть неизвестно, однако для завершения квантовой телепортации необходимо отправить классическую информацию от отправителя к получателю. Поскольку классическая информация должна быть передана, квантовая телепортация не может происходить быстрее скорости света. Одной из первых научных работ, посвященных исследованию квантовой телепортации, является статья "Телепортация неизвестного квантового состояния посредством двойных классических и каналов Эйнштейна — Подольского — Розена", опубликованная К. Х. Беннеттом, Г. Брассардом, К. Крепо, Р. Джозсой, А. Пересом и В. К. Вуттерсом в 1993 году, в которой предлагалось использовать два канала связи для отправки и приема квантовой информации. Экспериментальная реализация была осуществлена в 1997 году двумя исследовательскими группами под руководством Санду Попеску и Антона Цайлингера соответственно. Достижения в области квантовой телепортации касаются как информационного содержания – включая фотоны, атомы, электроны и сверхпроводящие схемы, – так и расстояния, при этом 1400 км (870 миль) является наибольшим расстоянием успешной телепортации, достигнутым командой Цзянь Вэй Пана с использованием спутника Micius для квантовой телепортации в космосе. Доступны онлайн. В данной оптической схеме кубиты кодируются с использованием поляризации света. Телепортация происходит между фотоном-источником (установленным в произвольное состояние) и одним фотоном из запутанной пары. На фотоне-источнике и одном запутанном фотоне выполняется измерение Белла с использованием квантового гейта CNOT, в результате чего получается два бита классической информации. Затем целевой фотон вращается с помощью двух управляемых пластин, основанных на этой информации.]] Для фактической телепортации необходимо создать запутанное квантовое состояние для передаваемого кубита. Запутанность накладывает статистические корреляции между различными физическими системами, создавая или помещая две или более отдельных частицы в одно общее квантовое состояние. Это промежуточное состояние содержит две частицы, чьи квантовые состояния взаимосвязаны: измерение состояния одной частицы предоставляет информацию об измерении состояния другой частицы. Эти корреляции сохраняются даже при независимом выборе и выполнении измерений, без причинно-следственной связи между ними, что подтверждено в экспериментах, проверяющих неравенства Белла. Таким образом, результат наблюдения, полученный в результате выбора измерения в одной точке пространства-времени, кажется, мгновенно влияет на результаты в другой области, даже если свет еще не успел преодолеть расстояние, что, на первый взгляд, противоречит специальной теории относительности. Это известно как парадокс ЭПР. Однако эти корреляции нельзя использовать для передачи информации быстрее скорости света, что отражено в теореме о невозможности сверхсветовой связи. Следовательно, телепортация в целом не может быть сверхсветовой, поскольку кубит не может быть реконструирован до тех пор, пока не поступит сопровождающая классическая информация. Отправитель объединит частицу, информация с которой телепортируется, с одной из запутанных частиц, что приведет к изменению общего запутанного квантового состояния. Из этого измененного состояния частицы, находящиеся у получателя, отправляются в анализатор, который измерит изменение запутанного состояния. Измерение "изменения" позволит получателю воссоздать исходную информацию, которой обладал отправитель, в результате чего информация будет телепортирована или передана между двумя людьми, находящимися в разных местах. Поскольку исходная квантовая информация "уничтожается", становясь частью состояния запутанности, теорема о невозможности клонирования сохраняется, поскольку информация воссоздается из запутанного состояния, а не копируется во время телепортации. Квантовый канал – это механизм связи, используемый для передачи всей квантовой информации и является каналом, используемым для телепортации (отношение квантового канала к традиционному каналу связи аналогично отношению кубита к классическому биту). Однако, помимо квантового канала, для сопровождения кубита и "сохранения" квантовой информации необходимо использовать и традиционный канал. Поскольку для традиционного канала требуется передача результатов измерения изменения между исходным кубитом и запутанной частицей, скорость телепортации не может превышать скорость света (следовательно, теорема о невозможности сверхсветовой связи не нарушается). Основное преимущество заключается в том, что состояния Белла можно передавать с помощью фотонов от лазеров, что делает телепортацию возможной в открытом пространстве, поскольку нет необходимости передавать информацию по физическим кабелям или оптоволоконным линиям. Квантовые состояния могут быть закодированы в различных степенях свободы атомов. Например, кубиты могут быть закодированы в степенях свободы электронов, окружающих атомное ядро, или в степенях свободы самого ядра. Таким образом, выполнение такого рода телепортации требует наличия запаса атомов на принимающей стороне, готовых к нанесению на них кубитов. По состоянию на 2015 год в качестве носителей информации использовались квантовые состояния отдельных фотонов, фотонных мод, отдельных атомов, атомных ансамблей, дефектов в твердых телах, отдельных электронов и сверхпроводящих схем. Понимание квантовой телепортации требует хорошего знания конечномерной линейной алгебры, гильбертовых пространств и матриц проекций. Кубит описывается с использованием двухмерного векторного пространства со значениями комплексных чисел (гильбертова пространства), которое является основной основой для формальных манипуляций, приведенных ниже. Рабочее знание квантовой механики не является абсолютно необходимым для понимания математики квантовой телепортации, хотя без таких знаний более глубокий смысл уравнений может оставаться довольно загадочным.

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.

Протокол

Ресурсы, необходимые для квантовой телепортации, – это канал связи, способный передавать два классических бита, средство генерации запутанного состояния Белла из кубитов и распределения их в два различных местоположения, выполнение измерения Белла над одним из кубитов состояния Белла и манипулирование квантовым состоянием другого кубита из пары. Разумеется, также должен быть исходный кубит (в квантовом состоянии ), который необходимо телепортировать. Протокол следующий:

Состояние Белла генерируется, при этом один кубит отправляется в местоположение A, а другой – в местоположение B. В местоположении A выполняется измерение Белла над кубитом состояния Белла и кубитом, предназначенным для телепортации ( ). Это дает один из четырех возможных результатов измерения, которые можно закодировать в два классических бита информации. Оба кубита в местоположении A затем отбрасываются. По классическому каналу два бита отправляются из A в B. (Это единственный потенциально занимающий много времени шаг после шага 1, поскольку передача информации ограничена скоростью света.) В результате измерения, выполненного в местоположении A, кубит состояния Белла в местоположении B оказывается в одном из четырех возможных состояний. Из этих четырех возможных состояний одно идентично исходному квантовому состоянию , а остальные три тесно с ним связаны. Идентичность фактически полученного состояния кодируется в двух классических битах и отправляется в местоположение B. Затем кубит состояния Белла в местоположении B модифицируется одним из трех способов или не модифицируется вовсе, что приводит к кубиту, идентичному , состоянию кубита, выбранного для телепортации. Стоит отметить, что описанный протокол предполагает индивидуальную адресуемость кубитов, то есть кубиты различимы и физически маркированы. Однако могут возникать ситуации, когда два идентичных кубита становятся неразличимыми из-за пространственного перекрытия их волновых функций. В этом случае кубиты нельзя контролировать или измерять по отдельности. Тем не менее, протокол телепортации, аналогичный описанному выше, все еще может быть (условно) реализован с использованием двух независимо подготовленных кубитов, без необходимости в начальном состоянии Белла. Это достигается за счет обращения к внутренним степеням свободы кубитов (например, спинам или поляризациям) посредством пространственно локализованных измерений, выполняемых в отдельных областях A и B, где могут находиться два пространственно перекрывающихся, неразличимых кубита. Это теоретическое предсказание впоследствии было экспериментально подтверждено с использованием поляризованных фотонов в квантово-оптической установке.

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.

Результаты экспериментов и записи

Работа в 1998 году подтвердила первоначальные прогнозы, и расстояние телепортации было увеличено в августе 2004 года до 600 метров с использованием оптического волокна. Впоследствии рекордная дистанция для квантовой телепортации была постепенно увеличена до , затем до , и теперь устанавливается в экспериментах на открытом воздухе на Канарских островах, выполненных между двумя астрономическими обсерваториями Института астрофизики Канарских островов. В 2004 году был продемонстрирован вариант телепортации, называемый "телепортацией с открытым приемником", с приемниками, расположенными в нескольких местах, с использованием пятифотонной запутанности. Также была реализована телепортация составного состояния двух одиночных кубитов. В апреле 2011 года экспериментаторы сообщили, что они продемонстрировали телепортацию волновых пакетов света с полосой пропускания 10 МГц, сохраняя сильно неклассические состояния суперпозиции. В августе 2013 года сообщалось о достижении "полностью детерминированной" квантовой телепортации с использованием гибридной техники. 29 мая 2014 года ученые объявили о надежном способе передачи данных с помощью квантовой телепортации. Квантовая телепортация данных была осуществлена и ранее, но с крайне ненадежными методами. 26 февраля 2015 года ученые из Университета науки и технологий Китая в Хэфэй, под руководством Чао Ян Лу и Цзянь Вэй Пана, провели первый эксперимент по телепортации множественных степеней свободы квантовой частицы. Им удалось телепортировать квантовую информацию из ансамбля атомов рубидия в другой ансамбль атомов рубидия на расстояние с использованием запутанных фотонов. В 2016 году исследователи продемонстрировали квантовую телепортацию с использованием двух независимых источников, разделенных на в оптической волоконной сети Хэфэй. В сентябре 2016 года исследователи из Университета Калгари продемонстрировали квантовую телепортацию по метрополитенской волоконной сети Калгари на расстоянии в 44 км. В декабре 2020 года, в рамках сотрудничества INQNET, исследователи достигли квантовой телепортации на общей дистанции 44 км с точностью, превышающей 90%. Исследователи также успешно использовали квантовую телепортацию для передачи информации между облаками атомов газа, что примечательно, поскольку эти облака представляют собой макроскопические атомные ансамбли. Также возможно телепортировать логические операции, см. телепортацию квантовых ворот. В 2018 году физики из Йельского университета продемонстрировали детерминированную телепортируемую операцию CNOT между логически закодированными кубитами. Впервые предложенная теоретически в 1993 году, квантовая телепортация с тех пор была продемонстрирована во множестве различных вариантов. Она была осуществлена с использованием двух уровней состояния одиночного фотона, одиночного атома и захваченного иона – среди других квантовых объектов – а также с использованием двух фотонов. В 1997 году две группы экспериментально достигли квантовой телепортации. Первая группа, возглавляемая Санду Попеску, базировалась в Италии. Экспериментальная группа под руководством Антона Целингера последовала за ней через несколько месяцев. Результаты, полученные в экспериментах, проведенных группой Попеску, показали, что классические каналы связи не могут воспроизвести телепортацию линейно поляризованного и эллиптически поляризованного состояний. Измерение состояния Белла позволяет различить четыре состояния Белла, что может обеспечить 100%-ный уровень успеха телепортации в идеальном представлении. В первом эксперименте, проведенном группой Целингера, фотон 1 был поляризован на 45°. Квантовая телепортация подтверждается, когда оба фотона обнаруживаются в состоянии , вероятность которого составляет 25%. Два детектора, f1 и f2, расположены за разделителем луча, и регистрация совпадений позволит идентифицировать состояние . Если между детекторами f1 и f2 зарегистрировано совпадение, то прогнозируется, что фотон 3 будет поляризован под углом 45°. Фотoн 3 проходит через поляризационный разделитель луча, который выбирает поляризацию +45° и −45°. Если квантовая телепортация произошла, то только детектор d2, расположенный на выходе +45°, зарегистрирует обнаружение. Детектор d1, расположенный на выходе -45°, не обнаружит фотон. Если есть совпадение между d2f1f2 при анализе 45° и отсутствие совпадения d1f1f2 при анализе −45°, это является доказательством того, что информация от поляризованного фотона 1 была телепортирована на фотон 3 с помощью квантовой телепортации.

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.

Земле-спутниковый квантовый телепорт

Квантовое состояние, телепортируемое в этом эксперименте, имеет вид , где и – неизвестные комплексные числа, представляет состояние горизонтальной поляризации, а – состояние вертикальной поляризации. Кубит, подготовленный в этом состоянии, генерируется в лаборатории в Нгари, Тибет. Целью было телепортировать квантовую информацию кубита на спутник Micius, запущенный 16 августа 2016 года на высоту около 500 км. Когда на фотонах 1 и 2 проводится измерение в базисе Белла и в результате получается состояние , фотон 3 несет в себе это желаемое состояние. Если обнаружено состояние Белла , то к состоянию применяется фазовый сдвиг для получения желаемого квантового состояния. Расстояние между наземной станцией и спутником изменяется от минимальных 500 км до максимальных 1400 км. Из-за изменения расстояния потери в канале связи увеличиваются от 41 дБ до 52 дБ. Средняя достоверность, полученная в ходе эксперимента, составила 0,80 при стандартном отклонении 0,01. Таким образом, в ходе этого эксперимента была успешно установлена связь между землей и спутником на расстоянии от 500 до 1400 км с использованием квантовой телепортации. Это важный шаг на пути к созданию квантового интернета глобального масштаба.

Альтернативные обозначения

Существует множество различных обозначений, используемых для описания протокола квантовой телепортации. Одно из распространенных – использование обозначения квантовых ворот. В приведенном выше выводе унитарное преобразование, представляющее собой смену базиса (от стандартного базиса произведения к базису Белла), можно записать с помощью квантовых ворот. Прямой расчет показывает, что этот вентиль задается выражением

где H – однокубитный вентиль Уолша-Адамара, а – управляемый вентиль NOT.

Обмен зацеплениями

Телепортация применима не только к чистым, но и к смешанным состояниям, которые можно рассматривать как состояние одной подсистемы запутанной пары. Так называемый обмен запутанностью является простым и наглядным примером. Если Алиса и Боб разделяют запутанную пару, и Боб телепортирует свою частицу Кэрол, то частица Алисы теперь запутанна с частицей Кэрол. Эту ситуацию также можно рассматривать симметрично следующим образом: Алиса и Боб разделяют одну запутанную пару, а Боб и Кэрол – другую запутанную пару. Пусть теперь Боб проведет проективное измерение над своими двумя частицами в базисе Белла и сообщит результат Кэрол. Эти действия представляют собой протокол телепортации, описанный выше, где первая частица Боба, запутанная с частицей Алисы, является состоянием, которое необходимо телепортировать. Когда Кэрол завершит протокол, у нее окажется частица с телепортированным состоянием, то есть запутанная с частицей Алисы. Таким образом, хотя Алиса и Кэрол никогда не взаимодействовали напрямую, их частицы теперь запутанны. Подробное диаграмматическое описание обмена запутанностью было представлено Бобом Коке в терминах категориальной квантовой механики.

Обобщения протокола телепортации

Основной протокол телепортации кубита, описанный выше, был обобщен в нескольких направлениях, в частности, в отношении размерности телепортируемой системы и числа участников (в роли отправителя, управляющего или получателя).

d-мерные системы

Обобщение на системы с уровнем (так называемые qudits) является прямым и уже было рассмотрено в оригинальной работе Беннетта и др.

Обобщение на бесконечномерные, так называемые системы с непрерывными переменными, было предложено Браунштейном и Кимблом и привело к первому эксперименту по телепортации, который работал безоговорочно.

Многосторонние версии

Использование многосторонних запутанных состояний вместо бинарного максимально запутанного состояния открывает несколько новых возможностей: отправитель может телепортировать информацию нескольким получателям, отправляя им одно и то же состояние (что позволяет снизить объем необходимовой запутанности для процесса), или телепортировать многосторонние состояния, или отправлять одно состояние таким образом, чтобы получателям требовалось сотрудничество для извлечения информации. Альтернативный взгляд на последнюю ситуацию заключается в том, что некоторые участники могут контролировать возможность телепортации для остальных.

Телепортация логических ворот

В общем случае, смешанные состояния ρ могут быть переданы, и во время квантовой телепортации к ним может быть применено линейное преобразование ω, что позволяет осуществлять обработку квантовой информации. Это один из фундаментальных строительных блоков квантовой обработки информации. Это демонстрируется ниже.

Местное объяснение явления

Локальное объяснение квантовой телепортации предложено Дэвидом Дойчем и Патриком Хейденом в контексте многомировой интерпретации квантовой механики. В их работе утверждается, что два бита, которые Алиса отправляет Бобу, содержат "локально недоступную информацию", что и приводит к телепортации квантового состояния. "Способность квантовой информации передаваться по классическому каналу, сохраняясь при этом от декогеренции, лежит в основе квантовой телепортации".

Более высокие размеры

Квантовая телепортация может улучшить ошибки, связанные с устойчивыми к ошибкам квантовыми вычислениями, посредством организации логических вентилей. Эксперименты, проведенные Д. Готтсманом и И. Л. Чуангом, показали, что организация вентилей, известная как "иерархия Клиффорда", усиливает защиту от ошибок, вызванных воздействием окружающей среды. В целом, иерархия Клиффорда позволяет использовать более высокий порог ошибок, поскольку последовательность вентилей требует меньше ресурсов для вычислений. Хотя увеличение числа вентилей в квантовом компьютере приводит к увеличению шума, организация вентилей и использование телепортации для передачи логики могут снизить этот шум, поскольку это уменьшает "нагрузку" на квантовые сети. Чем больше кубитов используется в квантовом компьютере, тем больше уровней добавляется в организацию вентилей, а степень диагонализации этой организации меняется. Анализ более высоких размерностей включает в себя организацию вентилей более высокого уровня иерархии Клиффорда.

Качество информации

Учитывая ранее упомянутое требование промежуточного запутанного состояния для квантовой телепортации, необходимо учитывать чистоту этого состояния для обеспечения качества информации. Для защиты от потерь качества была разработана схема, использующая информацию с непрерывными переменными (вместо типичных дискретных), что позволяет создать наложенное когерентное промежуточное состояние. Это включает в себя внесение фазового сдвига в принятую информацию и последующее добавление этапа смешивания при приеме с использованием предпочтительного состояния – нечетного или четного когерентного состояния, которое будет "условно зависеть от классической информации отправителя", формируя двухмодовое состояние, содержащее исходно переданную информацию. Также достигнуты успехи в телепортации информации между системами, уже содержащими квантовую информацию. Эксперименты, проведенные Фэн, Сюй, Чжоу и др., показали, что телепортация кубита к фотону, уже несущему кубитовую информацию, возможна благодаря использованию оптического кубитового квартового запутывающего элемента. Это повышает вычислительные возможности, поскольку вычисления могут выполняться на основе ранее сохраненной информации, что позволяет улучшать результаты предыдущих вычислений.