Меню Содержимое
Home

КВАНТОВАЯ ТЕЛЕПОРТАЦИЯ ФОТОНОВ

Ключевое исследование, доказывающее принципиальную возможность квантовой телепортации фотонов.

Это необходимо для фундаментального физического обоснования принципиальной возможности дистантной трансляции генетико-метаболической информации с помощью поляризованных (спинирующих) фотонов. Доказательство, применимое как для трансляции in vitro (с помощью лазера), так и in vivo, т.е. в самой биосистеме между клетками.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ КВАНТОВАЯ ТЕЛЕПОРТАЦИЯ
Экспериментально продемонстрирована квантовая телепортация – передача и восстановление на любой произвольной дистанции состояния квантовой системы. В процессе телепортации первичный фотон поляризуется, и эта поляризация является передаваемым дистантно состоянием. При этом пара спутанных фотонов является объектом измерения, в котором второй фотон спутанной пары может находиться произвольно далеко от начального. Квантовая телепортация будет ключевым элементом в сетях квантового компьютинга.


Мечта о телепортации – это мечта о способности к путешествию путем простого появления на некотором расстоянии. Объект телепортации может быть полностью охарактеризован по своим свойствам классической физикой путем измерений. Для того, чтобы на некотором расстоянии сделать копию этого объекта нет необходимости передавать туда его части или фрагменты. Все, что необходимо для такой передачи – это снятая с объекта полная информация о нем, которая может использоваться для воссоздания объекта. Но насколько точна должна быть эта информация для генерации точной копии оригинала? Что если эти части и фрагменты будут представлены электронами, атомами и молекулами? Что произойдет с их индивидуальными квантовыми свойствами, которые, в соответствии с принципом неопределенности Гейзенберга, не могут быть измерены с произвольной точностью? Беннет и др. [1] доказали, что возможна передача квантового состояния одной частицы на другую, т.е. процесс квантовой телепортации, которая не обеспечивает передачу любой информации об этом состоянии в процессе передачи. Эта трудность может быть устранена, если использовать принцип спутывания (entanglement), как особого свойства квантовой механики [2]. Оно отображает корреляции между квантовыми системами существенно более строго, чем это могут делать любые классические корреляции. Возможность передачи квантовой информации – одна из базовых структур волновой квантовой коммуникации и квантового компьютинга [3]. Хотя и существует быстрый прогресс в описании квантового информационного процессинга, трудности в управлении квантовыми системами не позволяют делать адекватные подвижки в экспериментальной реализации новых предложений. Не обещая быстрых успехов в квантовой криптографии (первичные соображения по передаче секретных данных), ранее мы только успешно доказали возможность квантового плотного кодирования [5], как пути квантово-механического усиления сжатия данных. Основная причина такого медленного экспериментального прогресса в том, что хотя и существуют методы генерации пар спутанных фотонов [6], спутанные состояния для атомов только начинают изучаться [7] и они не более возможны, чем спутанные состояния для двух квантов. Здесь мы публикуем первую экспериментальную проверку квантовой телепортации. Путем создания пар спутанных фотонов с помощью процесса параметрической даун-конверсии, а также путем двухфотонной интерферометрии для анализа процесса спутывания, мы можем передать квантовые свойства (в нашем случае состояние поляризации) с одного фотона на другой. Методы, развитые в этом эксперименте, будут иметь большое значение как для исследований в области квантовой коммуникации, так и для будущих экспериментов по фундаментальным основам квантовой механики. Проблема Для более ясного понимания проблемы передачи квантовой информации, допустим, что Алиса имеет некоторую частицу с квантовым состоянием |Ψ|, и она хочет передать Бобу, находящемуся на некоторой дистанции, ту же частицу в том же состоянии. Ясно, что существует возможность послать Бобу частицу прямо. Но предположим, что канал сообщений между Алисой и Бобом не очень хорош для сохранения необходимой квантовой когерентности, или допустим, что передача займет слишком много времени и это явится причиной того, что |Ψ| обретет состояние более сложного или массивного объекта. Итак, каково должно быть стратегическое поведение Алисы и Боба? Как отмечено выше, не существует таких измерений, которые могла бы провести Алиса по параметру |Ψ|, которые были бы достаточны для воссоздания их Бобу, поскольку состояние квантовой системы не может быть полностью детерминировано путем измерений. Квантовые системы так неуловимы, поскольку они могут быть в суперпозиции нескольких состояний в одно время. Измерение квантовой системы будет точным только в одном из этих состояний, и это будет одним из основных положений предлагаемой модели. Мы можем продемонстрировать это важное квантовое свойство, беря одиночный фотон, который может иметь горизонтальную или вертикальную поляризацию, помеченные состояниями |↔| и | |. Он даже может иметь поляризацию общей суперпозиции этих двух состояний. (1) |Ψ|=α|↔|+β| | где α и β есть два комплексных числа, удовлетворяющих |α|²+|β|²=1 Учитывая этот пример в более общем случае, мы можем заменять состояния |↔| и | | в уравнении (1) на |0| и |1| , которые соответствуют состояниям любой квантовой системы в режиме двух состояний. Суперпозиции |0| и |1| названы кубитами (qubits), они обладают важными новыми возможностями, введенными квантовой физикой в информационную науку [8]. Если фотон в состоянии |Ψ> проходит через поляризационный расщепитель пучка (устройство для отражения горизонтально или вертикально поляризованных фотонов), он будет найден в отраженном (переданном) луче с вероятностью |α|²(|β|²). Затем дифференцировку общего состояния |Ψ| можно прогнозировать как путь на |↔| , так и на путь | | в зависимости от измерения. Мы считаем, что законы квантовой механики, в особенности постулат (projection) прогноза такого рода, делает невозможным для Алисы точное измерение |↔|, т.е. невозможно получение всей информации, которая необходима для реконструкции состояния. Концепция квантовой телепортации Хотя постулат прогноза в квантовой механике кажется достаточным для попыток Алисы обеспечить правильный переход Боба в состояние |↔| (как эквивалент приема телепортационной информации от Алисы к Бобу (П.Г.)), однако, практически это стало возможным после работы Беннета и др. [1], которые смогли точно прогнозировать телепортацию состояния |↔| от Алисы к Бобу. В ходе телепортации Алиса будет разрушать (собственное? П.Г.) квантовое состояние в момент приема Бобом (нового П.Г.) квантового состояния (посланного ею? П.Г.), и в то же время ни Боб, ни Алиса не обладают точной информацией о состоянии |↔|. Ключевую роль в схеме телепортации играют дополнительные спутанные пары частиц, которыми вначале оперируют Алиса и Боб. Предположим, частица 1, которую Алиса желает телепортировать, находится в состоянии |Ψ|1=α|↔|1+β| |1 (Рис.1а), а спутанные пары частиц 2 и 3, которыми манипулируют Алиса и Боб, обладают состоянием (2) |Ψ-|2 3=1/√2 |↔|2 | |3 – | |2 |↔|3 Такая смешанная пара в единой квантовой системе эквивалентна суперпозиции состояний |↔|2 | |3 и | |2 |↔|3. Смешанное состояние не содержит никакой информации об индивидуальных частицах; оно лишь указывает, что частицы будут находиться в противоположных состояниях. Важное свойство смешанной пары заключается в том, что как только измеряется состояние одной частицы, скажем поляризация оказывается в состоянии |↔|, другая частица будет поляризована (ортогонально П.Г.) | |, и наоборот. Каким образом измерение одной частицы немедленно влияет на состояние другой частицы, которая может находиться неопределенно далеко? Эйнштейн среди многих достижений физиков не признавал это «действие привидений на расстоянии». Но обсуждаемое свойство спутанного состояния продемонстрировано сейчас многочисленными экспериментами [см. обзоры 9,10]. Схема телепортации работает следующим образом. Алиса имеет частицу 1 в начальном состоянии |Ψ|1 и частицу 2. Частица 2 спутана с частицей 3, которая идет к Бобу. Особый момент – это специальное измерение на частицах 1 и 2, которое переводит их в спутанное состояние: (3) |Ψ-|1 2=1/√2 |↔|2 | |3 – | |2 |↔|3 Это только одно из возможных максимально спутанных состояний, в которые две частицы могут быть переведены. Прогнозирование неопределенного состояния двух частиц на основе их (вероятных? П.Г.) четырех состояний называется Белловское измерение состояния (Bell-state measurement). Состояние, даваемое в уравнении (3), обнаруживает себя из трех других максимально спутанных состояний тем, что его изменение базируется на промежуточных изменениях частицы 1 и частицы 2. Это уникальное антисимметрическое свойство |Ψ-|1 2 будет играть важную роль в экспериментальной идентификации, то есть в измерении этого состояния. Квантовая физика предсказывает [1], что если частицы 1 и 2 прогнозируются в состояние |Ψ-|1 2, то частица 3 немедленно переходит в начальное состояние частицы 1. Причина для этого следующая. Поскольку мы наблюдаем частицы 1 и 2 в состоянии |Ψ-|1 2, то мы знаем, что при каком-то состоянии частицы 1, частица 2 будет в противоположном состоянии, то есть в состоянии ортогональном состоянию частицы 1. Но мы сразу перевели частицы 2 и 3 в состояние |Ψ-|2 3, а это означает, что частица 2 также ортогональна частице 3. Это возможно только, если частица 3 находится в том же состоянии, что и частица 1 изначально. Конечное состояние частицы 3 поэтому: (4) |Ψ|3=α|↔|3 + β| |3 Заметим, что в ходе Белловского измерения частица 1 утрачивает самоидентичность, поскольку начинает спутываться с частицей 2. Поэтому в процессе телепортации состояние |Ψ|1 у Алисы утрачивается. Этот результат (уравнение (4)) заслуживает некоторых комментариев. Передача квантовой информации от частицы 1 к частице 3 может произойти на любом расстоянии, что и является телепортацией. Экспериментально показано [11], что квантовое спутывание сохраняется на расстояниях более 10 км. Характерно также, что в схеме телепортации нет необходимости, чтобы Алиса знала где находится Боб. Более того, начальное состояние частицы 1 может быть абсолютно неизвестно не только Алисе, но и кому бы то ни было. Такая квантово-механическая полная неопределенность может происходить даже в том случае, когда имеет место Белловское измерение состояния. Это происходит тогда, как уже отмечали Беннет и соавторы [1], когда сама частица 1 является членом спутанной пары и поэтому не имеет четко определенных свойств. Это в итоге приводит к затягиванию в запутанность [12,13]. Также важно подчеркнуть, что Белловское измерение состояния не выявляют никакой информации о свойствах каких-либо частиц. Понятно, почему квантовая телепортация работает с использованием когерентных ансамблей из пар суперпозиционных частиц, в то время как любые измерения на единичных суперпозиционных частицах будут обречены на неудачу. То, что абсолютно никакая информация не приобретается от любой частицы – также причина почему квантовая телепортация избегает вердикта аналога какой-либо теоремы [14]. После успешной телепортации частица 1 уже более недоступна в своем естественном состоянии, и поэтому частица 3 не является аналогом, она – результат реальной телепортации (и переноса свойств с 1 на 3 (П.Г.)). Полное Белловское измерение состояния может дать не только результат, что две частицы 1 и 2 находятся в антисимметрическом состоянии, но с вероятностью 25% мы можем найти их в любом из трех других спутанных состояниях. Когда это случается, частица 3 входит в одно из трех различных состояний. Затем оно переводится Бобом в исходное состояние частицы 1 в соответствии с выбранным преобразованием, независимым от состояния частицы 1. Это происходит после приема через классический канал связи информации, которую Алиса получила по результатам анализа Белловского состояния. Наконец, особо отметим, что даже если бы мы захотели идентифицировать только одно из четырех Белловских состояний, как обсуждалось выше, телепортация будет успешной, хотя только в четверти случаев. Экспериментальное подтверждение Телепортация тесным образом связана как с генерацией так и с измерением спутанных фотонов; Они являются важнейшими задачами для любого экспериментального подтверждения. До сих пор существовали только немногие экспериментальные установки, с помощью которых можно добиться образования спутанных состояний, и не существует экспериментально подтвержденных данных для того, чтобы определить все четыре Белловских состояний для любого вида квантовых систем. Однако, спутанные пары фотонов можно легко получить, и они могут прогнозироваться по крайней мере в два из четырех Белловских состояний. Мы получили спутанные фотоны 2 и 3 путем параметрической даун-конверсии. В этом методе, внутри нелинейного кристалла, вошедший путем накачки фотон может спонтанно распадаться на два фотона, которые в случае 2-го типа параметрической Даун-конверсии находятся в состоянии, данном в уравнении (2) (Рис.2) [6]. Чтобы достичь прогнозирования фотонов 1 и 2 в Белловское состояние, мы должны сделать их неразличимыми. Чтобы и достигнуть этой неразличимости, эти два фотона мы переводим в суперпозицию в расщепителе пучка (Рис.1b). Если они падают каждый со своей стороны, как получается, что каждый из них все же появляется на тех самых сторонах? Ясно, что это может произойти, если они или отражаются, или превращаются. В квантовой физике мы должны иметь суперпозицию амплитуд для этих двух вероятностей. Единичные импульсы, амплитуды которых были отражены, получили путем сложения минусовых сигналов. Тем не менее, кажется, что эти два процесса исключают друг друга. Однако, это подходит только симметричного входного состояния. Для антисимметричного состояния эти две возможности получают другим связанным минусовым сигналом, и следовательно, они полностью интерферируют [15,16]. Это удовлетворяет прогнозированию фотонов 1 и 2 в антисимметричное состояние |Ψ|1 2 с целью помещения детекторов в каждый из выходов расщепителя и для одновременной регистрации (совпадений) [17-19]. Чтобы быть быть уверенным в том, что фотоны 1 и 2 неразличимы ко времени их прибытия, их генерирут, используя импульсный луч накачки, и направляют через фильтры с узкой полосой пропускания, дающими время когерентности много большее, чем длина импульса накачки [20]. В эксперименте импульсная накачка имела длительность 200 fs с частотой повторения 76 MHz. Анализ даун-конвертированных фотонов с длиной волны 788 nm при ширине щели 4 nm показал, что их время когерентности составляло 520 fs. Это следует понимать таким образом, что поскольку фотон 1 также продуцируется как часть спутанной пары, его партнер может служить в качестве индикатора возникновения фотона 1. Каким образом можно единственным экспериментом доказать, что неизвестное квантовое состояние может телепортироваться? Во-первых он должен в полной мере продемонстрировать, что телепортация работает в режиме установления единственных известных состояний, при которых любые другие состояния исчезают. Главное в поляризационных состояниях именно их две компоненты, и в принципе, мы можем узнавать горизонтальную или вертикальную поляризации по излучению источника. Но и это все еще не показывает, что телепортация работает для любой общей суперпозиции, поскольку эти два направления предпочтительны в наших экспериментах. Поэтому в первом эксперименте мы выбираем в качестве основы телепортации два состояния линейной поляризации -450 и +450, в которых уже имеется суперпозиция горизонтальной и вертикальной поляризации. Во-вторых, эксперимент должен доказать, что телепортация работает на суперпозициях этих двух основных состояний. Поэтому мы также демонстрируем телепортацию для круговой поляризации. Результаты В первом эксперименте фотон 1 был поляризован на 450. Телепортация срабатывала как только фотоны 1 и 2 определялись в состоянии |Ψ|1 2, которое наблюдается в 25% всех возможных случаев. Состояние |Ψ|1 2 определялось записью совпадения между двумя детекторами f1 и f2 , помещенными позади расщепителя пучка (Рис.1b). Если мы определили совпадение f1f2 (между детекторами f1 и f2), тогда фотон 3 также будет поляризован на 450 . Поляризация фотона 3 анализируется по прохождению его через поляризационный расщепитель пучка, разделяющий -450 и +450 поляризации. Для демонстрации телепортации (при выходе пучка из поляризующего расщепителя) подает звуковой сигнал (регистрация обнаружения) только детектор d2 на 450 и однократно детекторы f1 и f2. Детектор d1 при -450 на выходе из поляризационного расщепителя пучка не детектирует фотон. Поэтому запись трех-кратного совпадения d2f1f2 (+450 анализ) вместе с отсутствием трех-кратного совпадения d1f1f2 (-450 анализ) является доказательтвом того, что поляризованный фотон 1 телепортируется на фотон 3. Чтобы выполнить условие временного перекрытия, мы изменяем на небольших шагах время прибытия фотона 2, регулируя задержку между первой и второй даун-конверсией посредством обратноотражающего зеркала (Рис 1b). Таким путем мы сканируем район временного перекрытия на расщепителе пучка с тем, чтобы добиться наблюдения телепортации. Вне области телепортации каждый из фотонов 1 и 2 будут идти в f1 или f2 независимо друг от друга. Вероятность совпадения между f1 и f2 поэтому 50%, которая вдвое выше области телепортации. Фотон 3 не имеет определенной поляризации, будучи составной частью спутанной пары. Поэтому d1 и d2 оба имеют 50% шансов получить фотон 3. Этим и объясняется 25% вероятности для обоих случаев -450 анализа (совпадения d1f1f2) и для +450 анализа (совпадения d2f1f2) вне области телепортации. Рис.3. суммирует предсказания как функцию задержки. Успешность телепортации +450 поляризационного состояния доказывается также уменьшением до нуля в -450 анализе (Рис.3а) и неизменным состоянием для +450 анализа (Рис.3b). Теоретическое предсказание Рис.3 может быть точно истолковано, если учесть, что время задержки уменьшает на половину совпадения для двух детекторов в Белловских анализаторах состояний f1 и f2, в сравнении с областью вне телепортации. Поэтому, если поляризация фотона 3 никак не коррелирует с другими поляризациями, то это также указывает на то, что 3-х кратные совпадения уменьшаются вдвое. На правильную телепортацию состояний фотона указывает факт падения кривой до нуля на Рис.3а и плоская кривая на Рис. 3b. Заметим, что одинаково вероятна как продукция фотонов 1, 2 и 3, так и эмиссия одиночным источником двух пар даун-конвертированных фотонов. Хотя и нет фотона, пришедшего из первого источника (фотон1 отсутствует), вклад в трех-кратный показатель совпадений все еще будет значимым. Эти совпадения не имеют значения для телепортации и могут толковаться как показатель блокирования прохождения фотона 1. Вероятность случайных 2-х и 3-х кратных совпадений для этих процессов может рассчитываться из экспериментальных результатов. Экспериментально определенное значение для 3-х кратных случайных совпадений составляет 68%1%. На экспериментальных графах Рис.4 мы вычли опытным путем определенные случайные совпадения. Экспериментальные результаты для фотонов, поляризованных на +450, показаны в левой колонке Рис.4; Рис.4a и b должны быть сопоставлены с теоретическим предсказанием на Рис.3. Сильное уменьшение сигнала в -450 анализе и постоянный уровень сигнала в +450 анализе показывает, что фотон 3 поляризован вдоль направления (along the direction) фотона 1, и это подтверждает телепортацию. Таб. 1. Реальность телепортации в 3-х кратных совпадениях _________________________________________________ Поляризация⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕Реальность (Visibility) _________________________________________________ +450⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕0,630,02 _________________________________________________ -450⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕0,640,02 _________________________________________________ 00⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕0,660,02 _________________________________________________ 900⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕0,610,02 _________________________________________________ Круговая⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕⁕0,570,02 __________________________________________________________________________________________________ Результаты для фотона 1, поляризованного на -450, демонстрируют, что телепортация работает на полномасштабной базе поляризационных состояний (правая колонка Рис.4). Мы провели дополнительные исследования, чтобы исключить любое классическое объяснение наших экспериментальных результатов и подтвердить их. В этой части работы мы телепортировали фотоны с линейной поляризацией 00 и 900, а также телепортировали фотоны с круговой поляризацией. Эти результаты суммированы в Табл.1, где мы демонстрируем реальность достоверность по 3-х кратным совпадениям, которые наблюдаются в ортогональном анализе при наведении поляризации. Как указывалось выше, значения достоверности получены после вычитания случайных 3-х кратных совпадений. Это может быть экспериментально исключено созданием условий для 3-х кратных совпадений при детекции фотона 4, который реально переходит в фотон 1 как в состояние одной частицы. Мы замерили это 4-х кратное совпадение в случае +450 и +900 поляризационных состояний, также как и для 2-х не ортогональных состояний. Следующие шаги В наших экспериментах мы использовали пары поляризованных спутанных фотонов, которые получаются за счет методов импульсной даун-конверсии и двухфотонной интерферометрии для перевода поляризационных состояний фотонов из одного состояния в другое. Но телепортация не означает, что могут работать только такие системы. Кроме пар спутанных фотонов или спутанных атомов в качестве работающих можно представить себе спутанные фотоны с атомами или фотоны с ионами и т.д. Затем можно допустить транспорт таких состояний, как например, быстрая декогеренция и коротко живущие частицы, на некоторые более стабильные системы. Это открывает перспективы квантовой памяти, где информация, пеносимая фотонами, запасается в ионных ловушках, тщательно экранированных от среды. В дальнейшем, используя очистку спутыванием [22] – метод улучшения качества спутывания при наличии нежелательной декогеренции в ходе запасания или передачи частиц через зашумленные каналы – становится возможным телепортировать квантовое состояние частицы в определенное место, даже если доступные квантовые каналы очень плохого качества и поэтому посылаемые частицы будут с большой вероятностью терять свое хрупкое квантовое состояние. Возможность защиты квантовых состояний в неблагоприятных условиях имеет огромное значение в области квантового компьютинга. Схема телепортации, может также использоваться для обеспечения связей между квантовыми компьютерами. Квантовая телепортация – это не только важный компонент в квантово-информационных задачах; она также позволяет ставить новые типы экспериментов и исследований в фундаментальной квантовой механике. Как любое квантовое состояние может быть телепортировано, так и, наоборот, оно может полностью стать неопределенным для частицы – члена спутанной пары. Аналогично передается состояние спутывания между частицами. Это позволяет нам осуществлять не только цепь передачи квантовых состояний на расстояние, где декогеренция уже устранена состоянием комплементарности (пар частиц, П.Г.), но также позволяет нам проверить теорему Белла для частиц, которые не воздействуют каким-либо образом на прошлое. Схема квантовой телепортации Это следующий шаг в будущих исследованиях квантовой механики. Последнее, но не менее важное. Споры относительно локальной точности понимания природы могут прекратиться, если будущие эксперименты используют генерацию спутывания более чем на двух пространственно разделенных частицах. Рис.1. Схема, показывающая принципы работы квантовой телепортации (a) и экспериментальная установка (b). a, Алиса имеет квантовую систему, частицу 1, в начальном состоянии, которое она хочет передать Бобу. Алиса и Боб также владеют дополнительной парой спутанных фотонов 2 и 3, излучаемых источником Эйнштейна-Подольского-Розена (EPR). Алиса затем проводит комбинированный (joint) Анализ Белловского Состояния (Bell-state measurement, BSM) начального фотона и одного из дополнительных, предназначенных также для перевода с спутанное состояние. После этого она посылает результат своего измерения как классическую информацию Бобу, он проводит унитарный перевод (U) на другой дополнительный фотон, принимающий при этом состояние частицы 1. b, Импульсное ультрафиолетовое излучение, проходящее через нелинейный кристалл, создает дополнительную пару фотонов 2 и 3. При обратном отражении, после его второго прохода через кристалл, создаются другие пары фотонов, один из которых будет переведен в начальное состояние фотона 1 телепортацией, другой же служит в качестве триггера, указывающего, что фотон должен быть телепортирован другим путем. Алиса затем отслеживает совпадения после расщепителя пучка (BS), где начальный фотон и один из дополнительных суперпозиционируются (superposed). Боб, после приема классической информации, которую Алиса получила по совпадениям отсчетов в детекторах f1 и f2, идентифицирующих Белловское состояние |Ψ-|1 2, знает, что его фотон 3 идентичен по начальному состоянию фотону 1. Боб может проверить это, используя поляризационный анализ с поляризующим расщепителем пучка (PBS) и детекторами d1 и d2. Детектор p дает информацию, что фотон 1 на другом пути (under way). http://wavegenetic.ru/Shema-kvantovoy-teleportatsii.png Фотоны, возникающие по типу II даун-конверсии (см. текст) на Рис. 2. Фотография перпендикулярна направлению их распространения. Фотоны продуцируются парными. Фотон (верхний круг) поляризован горизонтально, в то время как другой фотон (нижний круг) поляризован вертикально. В точках пересечений этих кругов поляризация фотонов неопределенна и все, что известно о них – это то, что они различаются и то, что такое их состояние есть результат их спутывания. Рис.3. Теоретическое предсказание вероятности 3-х кратного совпадения между двумя детекторами Белловского состояния (f1,f2) и один из них регистрирует состояние телепортации. Отметка телепортации состояния поляризации фотона в +450 является падение до нуля на нулевой задержке в 3-х кратном совпадении с детектором, анализирующим -450 (d1f1f2) (a) и постоянное значение для детектора, анализирующего +450 (d2f1f2) (b). Заштрихованная область обозначает границы телепортаци Рис.4. Экспериментальные результаты. Замер значений 3-х кратного совпадения d1f1f2 (-450) и d2f1f2 (+450) в случае телепортации состояния поляризации при +450 (a и b) или при -450 (c и d). Значения совпадений нанесены как функция запаздывания прихода фотонов 1 и 2 на расщепитель пучка Алисы (см. Рис.1b). 3-х кратное совпадение значений нанесено после вычитания случайного 3-х кратного вклада (см. текст). Эти данные, в сравнении с Рис.3, вместе со сходными результатами для других поляризаций (Табл.1) подтверждают телепортацию для произвольного состояния. 5 Рис.5. Значения 4-х кратного совпадения (без вычитания фона). Условия для 3-х кратных совпадений аналогичны Рис.4 при регистрации фотона 4 (см. Рис.1b) с вычитанием 3-х кратных фоновых зачений. a и b показывают значения 4-х кратного совпадения в случае телепортации +450 поляризационного состояния. Видно, что совпадения при такой поляризации телепортируемых фотонов получены без какого-либо вычитания фона и составляют 70%3%. Эти результаты по телепортации двух не ортогональных состояний доказывают, что мы получили телепортацию квантового состояния одиночного фотона. Experimental quantum teleportation. Dik Bouwmeester, Jian-Wei Pan, Klaus Mattle, Manfred Eibl, Harald Weinfurter & Anton Zeilinger. Nature, v.390, N11, pp.575-579, December 1997. (перевод П.П.Гаряева, ИПУ РАН)
 
« Пред.   След. »