量子通信时代即将开启,太空远程传输或可实现:请拭目以待!

《物理学家》:这不是任何人都会问的问题 , 只是兴趣的延伸
几周前 , QUESS(空间尺度量子实验)开始将量子信息传送到Micius上 , 并且是在相距1200公里的地面站之间进行传送 。 这无疑是令人兴奋的 , 因为它证明了简易(低价)、高保真、长距离量子纠缠的可行性 , 这恰是所有量子通信的关键 。 Micius是全球规模的量子基础设施的第一个不稳定性支柱 。
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兴隆的激光器与世界上第一颗"量子卫星"Micius对话的延时摄影 。
纠缠态基本上是相关和叠加的组合 。 比特和量子比特的区别在于 , 比特是1或0 , 而量子比特同时是1和0 。 一个量子比特可以有很多不同的形式(就像一个比特可以有很多形式一样):在这种情况下 , 往往使用光的偏振 。 偏振状态有两种可能 , 相比较于编码两种可能性 , 即0和1来说是完美的(顺便说一下 , 对于制作3D电影来说也是完美的;每种偏振对应到每双眼都是电影的呈现) 。
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量子通信时代即将开启,太空远程传输或可实现:请拭目以待!】光的偏振可以指向任何方向(垂直于行进方向) , 所以它可以不止描述0或1 , 还可以描述两者的组合 。
一个光子可以处于水平和垂直极化的叠加状态 。 测量之中 , 它们总是处于一种状态或另一种状态(0或1) 。 但在测量之前 , 我们可以对量子比特做很多巧妙的事情 。
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虽然不可能确定结果 , 但当你看到"0"或"1"的概率是由状态描述的(在上图中 , "0"的可能性更大 , 但不能保证) 。 纠缠粒子的奇异之处在于 , 只要你以同样的方式测量它们 , 它们的随机结果将是相关的 。 对于最简单的一种纠缠状态 , |Phi^+angle , 结果是一样的 。 如果两个光子处于共享状态如|Phi^+rangle , 你发现其中一个是垂直偏振的 , 那么另一个也会是垂直偏振的 。
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随机 , 但彼此都是一样的 。 不幸的是 , 实际上与任何一个粒子的任何相互作用都会打破纠缠 , 最终你将只剩下一对普通不相关的粒子 。
这篇关于纠缠的讨论将涉及到更多细节 。
如何得到相隔数千公里的纠缠粒子的?仔细阅读下文 。
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QUESS正在做的 , 正是"量子通信"的全部内容 , 是让两个纠缠的粒子即便相隔很远 , 也不会意外地破坏纠缠或丢失粒子(而当它们从太空中被发射到你身上时 , 这是很难的) 。
如果两个相距甚远的各方共享一对纠缠的粒子 , 他们就可以开始做一些相当了不起的事情 。 其中之一就是能够从一个粒子向其纠缠的孪生粒子发送量子比特 , 所谓"量子远程传输" 。 量子传送需要一对纠缠的粒子和一个"经典通信渠道"(这包括但不限于大声喊叫) 。 满足这些条件 , 我们可以很容易地将一个量子比特 , 从一个地方"传送"到另一个地方 。
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顶部:一个你想传送的状态 , A , 以及两个共享纠缠状态的粒子 , B和C 。
中部:测量A和B的一些相对属性 , 并将结果发送给拥有另一个纠缠粒子的人 。 基于这些信息 , 另一个纠缠粒子被控制 。
底部:这将导致纠缠被破坏 , 但C承担了A的原始状态 。