Die erste Teleportation von Informationen in einem Netzwerk ist vollbracht: Das Quanteninternet rückt näher

Die erste Teleportation von Informationen in einem Netzwerk ist vollbracht: Das Quanteninternet rückt näher

Eine in Nature von einem Team von Wissenschaftlern der Technischen Universität Delft in den Niederlanden veröffentlichte Forschung hat einen bedeutenden Schritt in Richtung Quantenteleportation von Informationen gemacht. Das heißt, mit dem Quantenbit (Qubit), das auf der Seite des Senders verschwindet, um auf der Seite des Empfängers zu erscheinen.

Bisher werden Qubits innerhalb von Quantencomputern eingesetzt, und was die Netzwerkentwicklung betrifft, nur zwischen zwei benachbarten Knoten. Den niederländischen Forschern ist es gelungen, eine Informationsübertragung auf drei Knoten durchzuführen, wobei Sender und Empfänger nicht direkt verbunden sind. Im Wesentlichen ist der Grundstein für ein mögliches Quanteninternet gelegt.

Dinge, die Sie wissen sollten, bevor Sie über Alice, Bob und Charlie sprechen

Bisher sind uns Qubits vor allem bei der Beschreibung von Quantencomputern begegnet. Als Basisvariable zur Darstellung der Maßeinheit der Informationsmenge anstelle von Bits, die nur den Wert 1 oder 0 haben können und auf Transistoren basieren, Quantencomputer verwenden Qubits, und zu ihrer Darstellung verwenden sie normalerweise Elektronen, die verschiedene Zustände annehmen können.

Qubits sind die Quantenvariante von Bits und haben die gleichen Einschränkungen wie normale Bits Sie müssen immer noch einen Wert von 1 oder 0 zurückgeben, aber der Wert eines Qubits muss nur gut definiert sein, wenn eine Messung durchgeführt wird, um eine Ausgabe zu extrahieren. Zu allen anderen Zeiten ist sein Zustand etwas komplexer als das, was ein einfacher Binärwert kommunizieren kann. Und um seine probabilistischen Zustände darzustellen, werden die Bloch-Sphäre und Vektor- und Matrixberechnungen verwendet.

Quantenverschränkung ist ein Phänomen, für das Quantenzustände, wie der Spin oder die Polarisation von Teilchen, die sich an verschiedenen Orten befinden, nicht unabhängig beschrieben werden können. Das ist, Das Durchführen einer Messung an einem Partikel impliziert eine konsequente Aktion an einem anderen Partikel.

Ein Bell-Zustand ist definiert als ein verschränkter Quantenzustand zweier Qubits. In diesem Zustand wäre das Ergebnis eines vollkommen zufälligen Qubits mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 %, dass es die Werte 0 und 1 hat, immer noch das gleiche wie das Ergebnis des Qubits, mit dem es den verschränkten Quantenzustand teilt.

Um einige der Quantenphänomene zu beschreiben, werden die Namen von Alice und Bob oft verwendet, um lokale Beobachter zu identifizieren. Zum Beispiel kann in der obigen Beschreibung von Bells Zustand auch gesagt werden, dass Alices Qubit entweder 0 oder 1 sein kann. Wenn Alice ihr Qubit messen würde, wäre das Ergebnis vollkommen zufällig, mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % für beide Möglichkeiten. Aber wenn Bob sein Qubit messen würde, wäre das Ergebnis das gleiche wie das von Alice. Wenn Bob also eine Messung durchführte, würde auch er auf den ersten Blick ein zufälliges Ergebnis erhalten, aber wenn Alice und Bob kommunizierten, würden sie feststellen, dass die Ergebnisse zwar zufällig erscheinen, aber zusammenhängen.

Bei der niederländischen Recherche taucht noch ein dritter Protagonist auf, er heißt Charlie und muss Alice eine Nachricht schicken.

Bob ist der gute Freund, der Alice und Charlie vorstellt

Die Knoten dieses Quantennetzwerks bestehen aus kleinen Quantenprozessoren, die die Nitrogen-Vacancy (NV)-Zentren von Diamanten nutzen. Das heißt, von den kristallinen Verunreinigungen des Diamanten, deren sogar künstlich erhaltene Konzentration auf verschiedenen Quantengebieten verwendet werden kann. Die Knoten sind Alice, Charlie; und es gibt auch Bob.

Um Quanteninformationen an Alice zu senden, könnte Charlie Photonen mit einem Glasfaserkabel verwenden, das sie direkt verbindet, aber insbesondere über große Entfernungen würde die Quanteninformation Gefahr laufen, durch das Kabel gestreut zu werden. Da es unmöglich ist, Quantenbits einfach zu kopieren, kommt der Verlust eines Lichtteilchens der Unwiederbringlichkeit der Quanteninformation gleich.

An dieser Stelle kommt Bob zu Hilfe, der die Quantenteleportation denn ermöglichen kann Er übernimmt die Rolle des Zwischenknotens zwischen Alice und Charlie, die keine direkte Verbindung haben.

Alice und Charlie haben jedoch beide eine verstrickte Verbindung zu Bob. Es ist, als würde Bob mit einer Hand Alice und mit der anderen Charlie nehmen.

Alice und Charlie sind jetzt mit der Hilfe von Bob verstrickt, der eigentlich dazu diente, sie einander „vorzustellen“.. Charlie bereitet dann das Qubit zum Senden vor, misst dann seinen Quantenprozessor und misst die Hälfte seines verschränkten Zustands: Die andere Hälfte gehört Alice.

Nach dieser Messung Das von Charlie gemessene Qubit verschwindet auf seiner Seite und taucht auf Alices Seite wieder auf und teleportiert die Informationen.

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Quelle: Natur

Durch die Nutzung eines dritten Knotens (Bob) konnten die niederländischen Forscher dann ein Quanten-Qubit zwischen zwei Knoten (Alice und Charlie) teleportieren, die keine direkte Verbindung hatten. Um zu demonstrieren, dass Teleportation allgemein funktioniert, die Wissenschaftler wiederholten das gesamte Experiment für verschiedene Quantenbitwerte.

Es ist das Vorzimmer eines zukünftigen Quanteninternetsmit Qubit-Berechnungen, die daher aus Quantencomputern kommen und in einem Netzwerk reisen könnten, das aus vielen Händchen haltenden Alice, Charlie Bob besteht.

Titelbild: sdecoret – adobe.stock.com


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