科学家通过极端可靠性传送光子Qubits

时间：2021-09-10 12:25:03 来源：

光子量子位的确定性量子传送。从左侧进入传送器的每个Qubit均在右侧的传送器留下了损失，质量损失只有约20％，这一值无法实现而不纠缠。

通过使用结合两个概念上不同的方法的混合技术，科学家们已经设法以极端可靠性传送光子Qubits。

通过空间分离的轻场的量子 - 机械纠缠，东京和美洲州的研究人员已经设法通过极端可靠性传送光子Qubits。这意味着在光传动领域的第一个实验后，在大约15年后实现了决定性的突破。在东京进行的实验的成功可归因于使用混合技术，其中组合了两种概念性不同和先前不相容的方法。“离散的数字光学量子信息现在可以连续传输 - 如果您愿意，请触摸按钮，”Johannes Gutenberg University（jgu）的彼得van Loock教授解释道。作为一个理论物理学家，Van Loock建议了由东京大学Akira Furusawa教授领导的研究团队的实验物理学家如何最有效地执行传送实验，最终验证量子传送的成功。他们的调查结果现已发表在着名的专业期刊自然中。

量子传送涉及将任意量子状态从发件人传递到一个名为Bob的空间遥远的接收器。这要求Alice和Bob最初在问题的空间中最初共享缠绕的量子状态，例如，以缠绕的光子的形式。量子传送对加工量子信息（量子计算）和量子通信的处理是根本的重要性。尤其值被视为用于量子通信的理想信息载体，因为它们可用于以光速传输信号。光子可以表示标准经典信息处理中类似于二进制数字（位）的量子位或Qubit。这种光子被称为“飞行量子位”。

奥地利物理学家安东赛德制造了传送单个光子或轻粒子的第一次尝试。同时进行了各种其他相关实验。然而，由于实验缺陷和基本原则的困难，证明了使用常规方法的光子量子比特的传送。

东京大学传送实验的光学配置。激光源和非线性光学过程提供量子位和所需的缠结。几个镜子和束分离器便于完全传送。

是什么让东京的实验如此不同，是使用混合技术。利用其帮助，已经实现了完全确定的和高度可靠的光子夸张的量子传送。四种不同Qubits的转移的准确性为79％至82％。此外，即使在低程度的缠结程度上，Qubits也比以前的实验更有效地传送得多。

首先由ErwinSchrödinger制定的纠缠概念，涉及两个量子系统（例如两个光粒子）的情况，例如两个光颗粒是关节状态，使得它们的行为在更大程度上相互依赖于通常（经典）可能的。在东京实验中，通过用许多其他光子缠结许多光子来实现连续的纠缠。这意味着两个光场的完全幅度和相位是相关的。以前的实验只有一个光子与另一个光子缠结 - 一种较低的有效解决方案。“在东京实验中，光子的缠结在东京实验中很好地在按钮的按钮上，即激光器接通，”美洲大学昆斯光学和量子信息教授的教授说。这种连续纠缠是借助所谓的“挤压光”完成的，这在光场的相位空间中采用椭圆形式。一旦实现了缠结，可以将第三光场连接到发射器。从那里，原则上，可以将任何状态和任何数量的状态传输到接收器。“在我们的实验中，精确的四个具有足够的代表性测试状态，从爱丽丝转移到鲍勃使用纠缠。由于连续的纠缠，可以以确定性的方式将光子Qubits传送到鲍勃，换句话说，在每次运行中，“添加了Van Loock。

早些时候尝试实现光传送的不同之处在于不同，并且之前，所使用的概念已经证明是不兼容的。虽然理论上已经假设了两种不同的策略，从离散和连续的世界中需要合并，但它代表了这种技术突破，即现在在混合技术的帮助下实际证明了这一点。“两个独立的世界，离散和连续，开始融合，”梵袋结束。

出版物：顺路Takeda等，“通过混合技术的”光子量子位的确定性量子传送“，”自然500,315-318,2013; DOI：10.1038 / Nature12366

图片：东京大学

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