什么是量子隐形传态?
要了解量子理论的基本概念,我们需要了解量子隐形传态及其工作原理。量子隐形传态是帮助我们了解量子比特在量子计算中如何传输的重要技术之一。它让我们了解量子计算机的工作原理。
量子隐形传态简化了量子计算的功能及其用途。
什么是隐形传态?
隐形传态通常是指物质从一个地方转移到另一个地方,中间不需要经过物理距离。它通常与时间旅行和科幻小说的概念联系在一起。在现实中,隐形传态仍然是一种理论,因为没有适当的证据,科学家们正在探索它。
什么是量子隐形传态?
量子隐形传态是一种将量子数据从远处的发送者传输到接收者的方法。量子隐形传态只传输量子数据。发送者无需知道正在传输哪种量子态。接收者的位置可以保持隐藏,但需要将经典信息从接收者发送到发送者才能完成量子隐形传态。它不能以比光速更快的速度发生,因为需要发送经典数据。
量子隐形传态理论于 1993 年由 Charles Bennett、Gilles Brassard、Claude Crepeau、Richard Jozsa、Asher Peres 和 Bill Wootters 提出。自 2015 年以来,量子隐形传态实验已从简单发展到复杂量子态。
量子隐形传态如何工作?
量子隐形传态基于量子理论原理,如纠缠和经典通信。
量子隐形传态的开始,需要准备一个 量子比特 状态进行隐形传态,但在此之前,两个量子比特是互连的,并且测量一个量子比特,无论距离如何,都会立即影响另一个量子比特。
现在,发送者需要执行贝尔态测量,即测量要与其中一个纠缠量子比特一起隐形传态的量子比特的状态。此测量将两个量子比特简化为特定的纠缠态。
之后,发送者传输测量结果。向接收者发送两位经典信息。最后,接收方利用经典信息改变其纠缠量子比特,将其转换为原始量子比特状态的精确副本。通过此过程,原始量子比特被传送到接收方,而无需物理穿越量子比特本身。
量子隐形传态的挑战
以下是量子隐形传态的挑战−
- 量子隐形传态需要高精度和量子态测量,这在实验室外很难实现。
- 开发合适的量子存储器和通信很困难。保持量子信息的完整性并同时确保与现有经典系统和协议的兼容性并不容易。
- 量子信息可能受到环境干扰的影响,从而导致量子特性的丧失或量子退相干。
量子隐形传态的实际应用
量子隐形传态应用包括基于测量的量子计算、容错量子计算和量子中继器。这些应用使用共享纠缠和本地通信传输未知的非经典状态。信息以量子态编码,然后发送给接收者,接收者可以在以后解码。
以下是量子隐形传态的不同现实世界示例 −
- 中国卫星墨子号使用了量子力学原理,包括量子隐形传态。它展示了长距离的 QKD(量子密钥演示)。
- 中国科学技术大学的研究人员建立了一个小型量子网络,利用隐形传态连接多个节点
- IBM 已将隐形传态协议集成到其量子计算平台中,使用户可以探索量子态和隐形传态
- 2020 年,澳大利亚国立大学的一个团队成功地在约 2 米的距离内将两个量子比特(量子位)之间的量子信息传送出去。