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量子隐形传态的过程
要实现量子隐形传态,首先要求接收方和发送方拥有一对共享的EPR对(即BELL态(贝尔态)),发送方对他所拥有的一半EPR对和所要发送的信息所在的粒子进行联合测量,这样接收方所有的另一半EPR对将在瞬间坍缩为另一状态(具体坍缩为哪一状态取决于发送方的不同测量结果)。
发送方将测量结果通过经典信道传送给接收方,接收方根据这条信息对自己所拥有的另一半EPR对做相应幺正变换即可恢复原本信息。
到乙地,根据这些信息,在乙地构造出原量子态的全貌。
与广为传言的说法不同,量子隐形传态需要借助经典信道才能实现,因此并不能实现超光速通信。
在这个过程中,原物始终留在发送者处,被传送的仅仅是原物的量子态,而且,发送者对这个量子态始终一无所知;接受者是将别的物质单元(如粒子)制备成为与原物完全相同的量子态,他对这个量子态也始终一无所知;原物的量子态在测量时已被破坏掉——不违背“量子不可克隆定理”;未知量子态(量子比特)的这种传送,需要经典信道传送经典信息(即发送者的测量结果),传送速度不可能超过光速——不违背相对论的原理。
量子隐形传态(Quantum teleportation)
量子隐形传态(Quantum teleportation)是量子信息科学中的一个关键概念,它允许量子态从一个粒子转移到另一个粒子上,而无需物理传输该粒子本身。
这一过程利用了量子纠缠的特性,实现了一种非直观的信息传递方式。
以下是量子隐形传态的基本步骤和核心概念的详细解释。
量子隐形传态的起始设定中,有三个量子比特(qubit)参与,通常用电子自旋作为例子,而它们的态空间基底可以表示为标准基向量。
量子隐形传态的核心是贝尔态(Bell states),这是两个量子比特构成的完备纠缠态集合,共有四种基本形式,分别表示为|00⟩、|01⟩、|10⟩和|11⟩,其中每个态都表示两个量子比特之间的特定纠缠关系。
在量子隐形传态的背景设定中,Alice 和 Bob 分别持有两个量子比特,记为|a⟩和|c⟩以及|b⟩。
假设|a⟩和|c⟩处于某个贝尔态|ψ⟩,而|b⟩的初始状态未知。
Alice 和 Bob 的目标是将|ψ⟩的状态转移至|b⟩上。
利用纠缠态作为资源,量子隐形传态实现了这一目的,而不仅仅是传输粒子。
操作步骤分为四个关键部分:1. **系统合并**:首先,将三个量子比特视为一个整体系统,即|a⟩|c⟩|b⟩。
2. **贝尔态展开**:接下来,通过贝尔态|ψ⟩|b⟩的组合展开,将其表达为贝尔态的线性组合,即|ψ⟩|b⟩=α|00⟩|b⟩+β|01⟩|b⟩+γ|10⟩|b⟩+δ|11⟩|b⟩。
3. **量子测量**:Alice 对整体系统进行贝尔基态的测量。
测量结果会指示系统处于上述贝尔态之一,这将决定后续Bob需要执行的操作,以恢复|ψ⟩的状态至|b⟩上。
4. **经典通讯与操作**:Alice 将测量结果告诉Bob,Bob根据Alice提供的信息执行相应的操作(如对|b⟩应用Pauli X、Y或Z操作),从而恢复|ψ⟩的状态至|b⟩上。
值得注意的是,量子隐形传态中使用的经典通讯不会破坏局域性原则。
在这个过程中,关键在于利用量子纠缠的特性,而非粒子本身,实现了状态的非局域传递。
**思考问题**:经典系统能否实现这种非局域信息传递?答案是否定的,因为经典信息传递依赖于物理载体的直接传输,而量子隐形传态则利用了量子纠缠的非经典特性,实现了超越经典物理框架的非局域信息传输。
**纠缠交换**:纠缠交换是量子隐形传态的一个拓展,它允许在不破坏初始纠缠态的情况下,交换两对量子纠缠粒子的纠缠对象。
例如,将处于不同贝尔态的两个粒子进行操作,可以使它们的纠缠对象发生交换,从而实现纠缠的重组。
纠缠交换的过程可以通过对系统进行贝尔基态测量,以及利用经典通讯来实现。
通过测量和相应的操作,可以精确控制纠缠交换的最终结果,从而实现特定的纠缠态配置。
量子隐形传态和纠缠交换的概念展示了量子信息处理的独特性质,为量子通信、量子计算和量子网络等领域的开发提供了理论基础和实践可能性。
量子隐形传态技术的三要素
纠缠态预先分发、独立量子源干涉和前置反馈。
量子隐形传态技术的三要素是纠缠态预先分发、独立量子源干涉和前置反馈是量子隐形传态。
其原理是遥远两地的通信双方首先分享一对纠缠粒子,其中一方将待传输量子态的粒子(与纠缠粒子无关联)和自己手里的纠缠粒子进行纠缠态分辨,然后将分辨的结果告知对方,对方根据得到的信息进行相应的量子变换操作。
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