Dezember 3, 2022

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Netzwerkteleportation: Die beispiellose Leistung niederländischer Forscher, die das Quanteninternet anführen

Madrid.- Die Quanten-Computing Gehen Sie in kleinen bis großen Schritten vor. Errungenschaften sind klein und sprengen individuell Grenzen, aber enorm, weil jede Verbesserung eine Welt unendlicher Möglichkeiten eröffnet. Geführte Studie hat stattgefunden Ronald HansonPhysiker Labor QuTech Aus Universität Delft (Holland), der erreicht hat -According An diesem Mittwoch Natürlich– Teleportieren Quanteninformationen Über ein Basisnetzwerk, in dem es keine direkte Verbindung zwischen Sender und Empfänger gibt. Grundlegende Teleportation wurde bereits erreicht (Hansens Team und andere haben dies bereits bewiesen), aber nur zwischen zwei Punkten, heißt es Alice Y Pop, Oder zwischen benachbarten Knoten. Das Paar ist derzeit verlobt Charlie Aus der Ferne. Alle drei bilden das erste Netzwerk, das zwar grundlegend ist, aber zum Nachdenken anregt QuanteninternetUnendliche Computermöglichkeiten und beobachten Sie die bisher unbekannte Welt.

Roland Hanson beschreibt seine Relevanz Quanten-Primärnetzwerk: „Unsere Arbeit zeigt, wie Technologie für die Quantenkommunikation genutzt werden kann Teleportation In einer realen Netzwerkumgebung mit Knoten, die keine direkte Verbindung haben. Im zukünftigen Quanteninternet ist eine solche Teleportation die Hauptmethode, um Quanteninformationen über große Entfernungen zu übertragen. Unser Netzwerk kann als modulares Quantensystem betrachtet werden (wobei die Knoten Blöcke sind); Unsere Arbeit zeigt es Knoten Auch wenn sie sich nicht auf einem Chip befinden, können Quanteninformationen ausgetauscht werden.

Um den Fortschritt von Hansons Team zu verstehen, müssen wir mit früheren Errungenschaften beginnen, an denen sie auch mit anderen exzellenten Forschern in dieser Wissenschaft beteiligt waren. War der erste, der die Möglichkeit der Teleportation in der Quantenwelt demonstrierte. Platzanweiser Perez (Frankreich 1934, Israel 2005) legte den Grundstein Briefe zur körperlichen Überprüfung 1993 fragte ihn ein Journalist: „Geht bei der Teleportation einer Person der Körper vor die Seele?“ Der Physiker antwortete: „Nicht der Körper, nur die Seele.“

Diese Geschichte ist wichtig, um das zu verstehen Quantenteleportation, Die Information, die dem Objekt seine Eigenschaften verleiht, ohne von einem Medium übertragen zu werden. Wie Johnson erklärt: „Das Hauptmerkmal der Quantenteleportation ist, dass Quanteninformationen tatsächlich teleportiert werden: Sie reisen nicht durch den Weltraum oder durch Glasfaser. Verbundenes Paar (GestecktAuf Englisch) Aus Quitt, Das ist die Quelle für die Implementierung der Teleportation („Teleporter“), die mit Glasfasersignal gemacht wird. Für dieses Ereignis wurde ein anderer Begriff geprägt Albert Einstein Als diese Gelegenheit vorrückte Zusammen 1935 Boris Podolski Y Nathan RosenIm sogenannten EPR-Paradoxon: „Beängstigende Aktion in der Ferne“.

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Wenn ein Teilchen zuvor mit einem anderen verschränkt ist, hören die beiden auf diese Weise auf, getrennte Teilchen mit ihren eigenen definierten Positionen zu sein, und werden zu einer Einwellenfunktion. Und alle an Alice vorgenommenen Messungen werden sofort an Bob reflektiert. Hanson erklärt: „Das Maß des einen bewirkt sofort, dass der andere einen Zustand auswählt; In gewissem Sinne misst das eine das andere. Das unterscheidet sich sehr vom Umgang mit Quitt: Wenn Alice sich dreht, passiert dem Pop nichts. Also, dämonische Aktion in der Ferne [que planteó Einstein] Zeigt nur an Sofortiger Kontakt In den Messergebnissen. Wenn andere Dinge als die Messung sofort geändert werden, können Nachrichten tatsächlich schneller als mit Lichtgeschwindigkeit gesendet werden.

Alice, Empfänger teleportierter Quanteninformationen; Im Inneren des schwarzen Aluminiumzylinders wird die Diamantprobe auf -270 °C gekühlt und aktiviert die Quantenkontrolle, indem Umgebungsgeräusche reduziert werden.Bildnachweis: Marieke de Lorijn für QuTech.

Teleportation wird seit einem Vierteljahrhundert getestet, beginnend mit Photonen, um sich zu Atomen und komplexeren Systemen zu bewegen. Vor fünf Jahren, Jian Wai PanFührender Forscher auf diesem Gebiet Universität für Wissenschaft und Technologie von ChinaIhm und seinem Team gelang es, die Photonen von der Erde zum Satelliten zu teleportieren FräuleinIm Orbit in 1400 km Höhe.

Wie diese auf Quantencomputing basierenden Errungenschaften einer „großen Herausforderung“ gegenüberstehen: Jian-Wei Ban selbst erklärte der Zeitung, dass es Rauschen und Mängel gibt. „Wir müssen Quantenfehlerkorrektur- und Fehlertoleranzfunktionen verwenden, um mit Rauschen umzugehen und das System zu messen“, sagt er.

Wenn die Quantenfunktion auf einem Computer unter Laborbedingungen aufgrund von Rauschen und Defekten ausfällt, vervielfacht sich das Problem. Netzwerkfunktion. Das ist die große Errungenschaft von Hansens Team: effiziente Quantenteleportation zwischen nicht benachbarten Knoten in einem Netzwerk.

In diesem Sinne erklärt der niederländische Forscher: „Rauschen und Unvollkommenheiten sind eine Herausforderung für die Quanteninformationsverarbeitung. In einem Quantennetzwerk kann die Übertragung von Informationen zwischen Knoten über Zwischenstränge erfolgen, aber es wandelt auch Quanteninformationen in Fibre Channel um, die Rauschen und Verlusten unterliegen. Im Gegenteil, die Teleportation Dadurch können Quanteninformationen zwischen entfernten Knoten übertragen werden, ohne von diesen Rauschquellen beeinflusst zu werden. Teleportation erforderlich Anhang Als Ressource. Bob hilft dabei, diese Verbindung zwischen Alice und Charlie herzustellen, die keine direkte physische Beziehung haben.

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Der Prozess wurde fortgesetzt In früheren Forschungen erhielt Hanson ein Netzwerk, um zwischen benachbarten Knoten zu arbeiten. Die Herausforderung bestand darin, entlang des dritten Knotens eine Position zwischen den dreien zu schaffen Quantenkontakte.

Im neuen Versuch Alice Y Charlie Es gibt keinen direkten Kontakt miteinander, aber die beiden sind verbunden Pop. Alice- und Pop-Prozessoren bereiten den Prozess vor, indem sie eine verriegelte Position zwischen ihren Prozessoren erstellen, und Bob speichert ihn, während er eine verbundene Position mit Charlie erstellt. „Nachdem eine Strickposition zwischen Alice und Charlie eingerichtet wurde, wird die teleportierte Position erstellt und dann aktiviert“, fasst Hanson zusammen. „Was dann passiert, ist nur in der Quantenwelt möglich: Als Ergebnis der Messung verschwindet die Information von Charlies Seite und taucht sofort von Alices Seite auf“, erklärt er. Niederländische Universität.

Juan José García RipolWissenschaftlicher Mitarbeiter in Institut für Grundlagenphysik des Hohen Rates für wissenschaftliche Forschung (CSIC) und Mitbegründer von Inspiration-Q, Hanson und sein Team halten die Arbeit für passend: „Es ist ein ausgeklügeltes Experiment, das alle Prinzipien demonstriert, die zum Aufbau von Quantenkommunikationsnetzwerken erforderlich sind.“

Garcia Ripol, der nicht an der niederländischen Studie teilgenommen hat, sagte: „Es ermöglicht die Verbreitung eines Mechanismus zur Übertragung nicht nur klassischer Informationen (Bits), sondern auch von Quantenebenen. Verbundene Position Die Einrichtung dieses Kommunikationskanals zwischen zwei entfernten Punkten und dem Quantenspeicher ermöglicht je nach Problem den Austausch von Informationen.

In Hansons Experiment NV-Zentren„Eine Art aktiver Diamantverunreinigung“, erklärt der spanische Wissenschaftler, „wie ein Priem und kann optisch manipuliert werden. Dieser Priem, durch Emission Photonen, Ermöglicht das Erstellen von Fernproblemen. NV-Center ist ein Fehler Kohlenstoffatom Wird im Diamantkristallgitter durch a ersetzt Stickstoffatom (N) und a Leerer benachbarter Netzwerkstandort (V)

Eine einzelne NV ermöglicht die Detektion eines magnetischen Moments und hat breite Anwendungen in der Quantentechnologie. Laut Garcia Ripoln „kann das NV-Zentrum oder Farbzentrum mit den magnetischen Momenten und Experimenten der umgebenden Atome sprechen. [de Hanson] Sie verwenden es, um Quantenspeicher zu erhalten: Informationen von einer NV zu übertragen Spiralatom Schließen (im Kohlenstoff-13-Isotop) “. „Die zu sendenden Informationen können lange Zeit sicher aufbewahrt werden, wodurch die NV frei ist, die Aufgabe zu übernehmen, eine Verbindung mit einem anderen Kommunikationsterminal herzustellen“, fügt er hinzu.

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„Neben der Qualität des Experiments die Leistung eines ausgeklügelten Quantenkommunikationssystems mit drei Knoten und einigen. Anweisungen Je umfassender, desto wahrscheinlicher ist es, dass die Verteilung des Problems und die Quantenkommunikation die Grundlage für die Ausweitung der Idee auf die vielversprechendsten skalierbaren Meetings legen“, schließt Garcia Ripol.

Zu Adams HaareKörper Universität Sevilla Die erste Messung einer Quantensequenz wurde als einer der größten Fortschritte in der Physik anerkannt, und vom Quanteninternet zu sprechen, ist eine ausgemachte Sache, obwohl der Test der Teleportation für den neuen entfernten Knoten relevant ist.

Cabello versucht, die Aufzeichnung zu vereinfachen, um es zu erklären: „Sie haben eine Quantenebene, es kann Sevilla sein, Sie möchten es in eine andere Stadt schicken, Madrid. Sie brauchen eine komplexe Position zwischen Sevilla und Madrid. Dies ist ein Standard-Teleportprotokoll. Das Interessante an dem Test ist, dass das Problem erst in einer gewissen Entfernung festgestellt werden kann. Am Beispiel von Städten kann man sagen, dass es 500 Kilometer sind. Wer Quittungen von Sevilla nach San Sebastian schicken will, muss sparen Entfernungsbereich. So hat Hanson es beschrieben: Es ist nicht mehr Sevilla-Madrid, sondern Sevilla-San Sebastián. Er hat die Distanz verdoppelt.“

„Dies ist der erste Überblick darüber, was ein Netzwerk ist – kurz gesagt – mit anderen Worten, es ist nicht mehr Punkt-zu-Punkt, sondern mehr Knoten können anfangen, sich zu engagieren. Aber über Quanteninternet zu sprechen, ist sehr vielversprechend Anwendungen. Ohne Zweifel „.

Physiker in gleicher Weise Oliver Schiefer Y Yong Su Kim Sie heben die von Hanson und seinem Team erzielten Fortschritte als einen wichtigen, „entscheidenden“ Schritt bei der Schaffung des sicheren Quanten-Internets der nächsten Generation hervor. Sie betonen auch die Bedeutung von Innovationen, die geschaffen wurden, um den Prozess zu erreichen: Produktion, Manipulation und Lesen von Quantenstufen.

Die beiden Physiker betonen jedoch: „Es sind viele Verbesserungen der Betriebssystemfunktionen erforderlich Teleportation mit mehreren Schaltungen Und schafft groß angelegte Quantennetzwerke.

Von Raúl Limon