Στο πρωτόκολλο κβαντικής τηλεμεταφοράς, ποιες πληροφορίες κοινοποιεί η Αλίκη στον Μπομπ;
Στο πρωτόκολλο κβαντικής τηλεμεταφοράς, η Αλίκη επικοινωνεί συγκεκριμένες πληροφορίες στον Μπομπ προκειμένου να μεταφέρει την κβαντική κατάσταση ενός qubit από την κατοχή της στη δική του. Αυτή η διαδικασία βασίζεται στο φαινόμενο της εμπλοκής και στη χρήση κυκλωμάτων κατάστασης Bell.
Για να κατανοήσουμε ποιες πληροφορίες κοινοποιεί η Αλίκη στον Μπομπ, πρέπει πρώτα να εξετάσουμε την έννοια της διαπλοκής. Η εμπλοκή είναι μια θεμελιώδης ιδιότητα της κβαντικής μηχανικής όπου δύο ή περισσότερα σωματίδια συσχετίζονται με τέτοιο τρόπο ώστε η κατάσταση ενός σωματιδίου να μην μπορεί να περιγραφεί ανεξάρτητα από τα άλλα. Αυτή η συσχέτιση παραμένει ακόμη και όταν τα σωματίδια είναι φυσικά διαχωρισμένα.
Το πρωτόκολλο κβαντικής τηλεμεταφοράς εκμεταλλεύεται τη διαπλοκή για να μεταφέρει την κβαντική κατάσταση ενός qubit από την Alice στον Bob. Το πρωτόκολλο περιλαμβάνει τρία μέρη: την Αλίκη, τον Μπομπ και μια κοινή εμπλοκή μεταξύ τους. Η κοινή κατάσταση εμπλοκής αντιπροσωπεύεται τυπικά από ένα ζεύγος qubits σε κατάσταση Bell. Μια κατάσταση Bell είναι ένας συγκεκριμένος τύπος μπλεγμένης κατάστασης που είναι στο μέγιστο βαθμό εμπλοκής.
Τώρα, ας βουτήξουμε στις λεπτομέρειες του πρωτοκόλλου τηλεμεταφοράς. Η Αλίκη έχει το qubit που θέλει να τηλεμεταφέρει στον Μπομπ, ενώ ο Μπομπ έχει ένα μπερδεμένο ζευγάρι qubits. Το πρωτόκολλο έχει ως εξής:
1. Η Αλίκη και ο Μπομπ μοιράζονται ένα μπερδεμένο ζευγάρι qubits, συνήθως σε κατάσταση Bell. Αυτό το μπερδεμένο ζευγάρι δημιουργείται εκ των προτέρων και μοιράζεται μεταξύ τους.
2. Η Αλίκη εκτελεί μια κοινή μέτρηση στο qubit που θέλει να τηλεμεταφέρει και το δικό της qubit από το μπερδεμένο ζεύγος. Αυτή η κοινή μέτρηση εκτελείται χρησιμοποιώντας ένα κύκλωμα κατάστασης Bell, το οποίο είναι ένα συγκεκριμένο κβαντικό κύκλωμα που μπορεί να καθορίσει τη συσχέτιση μεταξύ των δύο qubits.
3. Μετά την κοινή μέτρηση, η Alice λαμβάνει δύο κλασικά bits πληροφοριών ως το αποτέλεσμα της μέτρησης. Αυτά τα δύο bit αντιπροσωπεύουν το αποτέλεσμα της μέτρησης και παρέχουν πληροφορίες σχετικά με την κατάσταση του qubit που θέλει να τηλεμεταφέρει.
4. Η Alice επικοινωνεί τα δύο κλασικά κομμάτια πληροφοριών στον Bob χρησιμοποιώντας ένα κλασικό κανάλι επικοινωνίας. Αυτή η επικοινωνία δεν παραβιάζει τις αρχές της κβαντικής μηχανικής, καθώς μεταφέρει μόνο κλασικές πληροφορίες.
5. Μόλις λάβει τα δύο κλασικά bit από την Alice, ο Bob εφαρμόζει ένα συγκεκριμένο σύνολο κβαντικών πράξεων στο qubit του από το κοινό ζεύγος εμπλοκής. Αυτές οι πράξεις εξαρτώνται από τα κλασικά bit που λαμβάνονται από την Alice και επιλέγονται για την ανακατασκευή της αρχικής κβαντικής κατάστασης του τηλεμεταφερόμενου qubit.
6. Μετά την εφαρμογή των κβαντικών πράξεων, το qubit του Bob έχει τώρα την ίδια κβαντική κατάσταση με το αρχικό qubit που ήθελε να τηλεμεταφέρει η Alice. Η διαδικασία τηλεμεταφοράς έχει ολοκληρωθεί.
Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι κατά τη διαδικασία τηλεμεταφοράς, το αρχικό qubit που κατέχει η Alice καταστρέφεται. Οι πληροφορίες για την κατάστασή του μεταφέρονται στο qubit του Bob χωρίς καμία φυσική κίνηση του ίδιου του qubit. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το πρωτόκολλο ονομάζεται «κβαντική τηλεμεταφορά».
Στο πρωτόκολλο κβαντικής τηλεμεταφοράς, η Alice επικοινωνεί δύο κλασικά bits πληροφοριών στον Bob. Αυτά τα bit αντιπροσωπεύουν το αποτέλεσμα μιας κοινής μέτρησης που εκτελείται από την Alice στο qubit που θέλει να τηλεμεταφέρει και το δικό της qubit από το κοινό ζεύγος εμπλοκής. Στη συνέχεια, ο Bob χρησιμοποιεί αυτές τις κλασικές πληροφορίες για να εφαρμόσει τις απαραίτητες κβαντικές πράξεις στο qubit του για να ανακατασκευάσει την αρχική κβαντική κατάσταση.
Άλλες πρόσφατες ερωτήσεις και απαντήσεις σχετικά με Κύκλωμα κατάστασης καμπάνας:
- Αν μετρήσετε το 1ο qubit της κατάστασης Bell σε μια συγκεκριμένη βάση και στη συνέχεια μετρήσετε το 2ο qubit σε μια βάση που περιστρέφεται κατά μια συγκεκριμένη γωνία θ, η πιθανότητα να λάβετε προβολή στο αντίστοιχο διάνυσμα είναι ίση με το τετράγωνο του ημιτόνου του θ;
- Πώς σχετίζεται η παραβίαση της ανισότητας Bell με την κβαντική εμπλοκή;
- Ποια είναι η σημασία της μέτρησης στη βάση συν/πλην στο δεύτερο βήμα του πρωτοκόλλου κβαντικής τηλεμεταφοράς;
- Πώς επιλέγει η Alice ποια κβαντική πύλη θα εφαρμόσει στο qubit του Bob στο πρωτόκολλο κβαντικής τηλεμεταφοράς;
- Πώς βασίζεται το πρωτόκολλο κβαντικής τηλεμεταφοράς στη διαπλοκή;
- Ποιος είναι ο σκοπός του πρωτοκόλλου κβαντικής τηλεμεταφοράς;