Teleportering av post-utvalda kvantstater

Teleportering av post-utvalda kvantstater

Tidsstämpel: 14 mars 2024 6:02

Daniel Collins

HH Wills Physics Laboratory, University of Bristol, Tyndall Avenue, Bristol BS8 1TL

Hitta det här uppsatsen intressant eller vill diskutera? Scite eller lämna en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Teleportering tillåter Alice att skicka ett förberett kvanttillstånd till Bob med endast fördelad förveckling och klassisk kommunikation. Här visar vi att det är möjligt att teleportera ett tillstånd som också är $it{post}$-vald. Efterval av ett tillstånd $Phi$ innebär att efter att Alice har avslutat sitt experiment utför hon en mätning och håller bara körningar av experimentet där mätresultatet är $Phi$. Vi demonstrerar även för- och eftervald $it{port}$-baserad teleportering. Slutligen använder vi dessa protokoll för att utföra omedelbar icke-lokal kvantberäkning på för- och eftervalda system, och minskar avsevärt den förveckling som krävs för att omedelbart mäta en godtycklig icke-lokal variabel av rumsligt separerade för- och eftervalda system.

Teleportering av Post-Selected Quantum States PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikal sökning. Ai.

Utvald bild: Teleportering av en Post Selected State från Alice till Bob.

Populär sammanfattning

Hur kan vi skicka ett kvanttillstånd från en plats till en annan? Det är knepigt eftersom kvanttillstånd tenderar att bryta samman, och osäkerhetsprincipen hindrar oss från att konvertera ett kvanttillstånd till klassiska bitar som ska skickas ner på våra vanliga telefonlinjer. $textbf{Teleportation}$ är lösningen. Den använder fördelad entanglement tillsammans med klassiska bitar för att skicka kvanttillståndet, och undviker prydligt dekoherens och osäkerhetsprincipen. Här undersöker vi teleportering av ett $textbf{post-selected}$-tillstånd från en plats till en annan. Efterval innebär att vi villkorar att ett system är i ett visst tillstånd i slutet av experimentet. Det eftervalda tillståndet kan beräknas vid tidigare tidpunkter genom att retrodikta det $textbf{bakåt i tiden}$. Är det möjligt att teleportera ett tillstånd som retrodikerar bakåt i tiden, när vi själva rör oss framåt i tiden? Vi visar hur det kan göras, och som en förlängning visar vi hur man kan utföra momentana gemensamma mätningar och beräkningar på efterutvalda flerpartisystem.

► BibTeX-data

► Referenser

[1] CH Bennett, G Brassard, C Crepeau, R Jozsa, A Peres och WK Wootters. "Teleportera ett okänt kvanttillstånd via dubbla klassiska och einstein-podolsky-rosen-kanaler". Phys. Rev. Lett. 70, 1895–1899 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.70.1895

[2] D Boschi, S Branca, F De Martini, L Hardy och S Popescu. "Experimentell realisering av teleportering av ett okänt rent kvanttillstånd via dubbla klassiska och einstein-podolsky-rosen-kanaler". Phys. Rev. Lett. 80, 1121-1125 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.80.1121

[3] D. Bouwmeester, JM Pan, K. Mattle, M. Eibl, H. Wein-furter och A. Zeilinger. "Experimentell kvantteleportation". Nature 390, 575–579 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1038 / 37539

[4] S. Pirandola, J. Eisert, C. Weedbrook, A. Furusawa och SL Braunstein. "Framsteg inom kvantteleportering". Nature Photonics 9, 641–652 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphoton.2015.154

[5] Yakir Aharonov, Peter G. Bergmann och Joel L. Lebowitz. "Tidssymmetri i kvantmätningsprocessen". Phys. Upps. 134, B1410–B1416 (1964).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.134.B1410

[6] Yakir Aharonov, Sandu Popescu, Jeff Tollaksen och Lev Vaidman. "Flertidstillstånd och flertidsmätningar i kvantmekanik". Phys. Rev. A 79, 052110 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.79.052110

[7] N Brunner, A Acin, D Collins, N Gisin och V Scarani. "Optiska telekomnätverk som svaga kvantmätningar med efterval". Phys. Rev. Lett. 91 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.91.180402

[8] CK Hong och L Mandel. "Experimentell realisering av ett lokaliserat en-fotontillstånd". Phys. Rev. Lett. 56, 58-60 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.56.58

[9] Y Aharanov, DZ Albert och L Vaidman. "Hur resultatet av en mätning av en komponent av spinn av en spin-1/2 partikel kan visa sig vara 100". Phys. Rev. Lett. 60, 1351-1354 (1988).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.60.1351

[10] L. Vaidman. "Svagt värde kontrovers". Philos. Trans. R. Soc., A 375 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1098 / rsta.2016.0395

[11] Onur Hosten och Paul Kwiat. "Observation av ljusets spin hall-effekt via svaga mätningar". Science 319, 787–790 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1152697

[12] P. Ben Dixon, David J. Starling, Andrew N. Jordan och John C. Howell. "Ultrakänslig strålavböjningsmätning via interferometrisk förstärkning av svagt värde". Phys. Rev. Lett. 102 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.173601

[13] Ralph Silva, Yelena Guryanova, Anthony J. Short, Paul Skrzypczyk, Nicolas Brunner och Sandu Popescu. "Koppla samman processer med obestämd kausal ordning och flertidskvanttillstånd". New J. Phys. 19 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / aa84fe

[14] Yakir Aharonov, Fabrizio Colombo, Sandu Popescu, Irene Sabadini, Daniele C. Struppa och Jeff Tollaksen. "Kvantöverträdelse av duvhålsprincipen och karaktären av kvantkorrelationer". PNAS 113, 532–535 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1522411112

[15] Yakir Aharonov, Sandu Popescu, Daniel Rohrlich och Paul Skrzypczyk. "Quantum cheshire-katter". New J. Phys. 15 (2013).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​15/​11/​113015

[16] Lev Vaidman och Izhar Nevo. "Icke-lokala mätningar i den tidssymmetriska kvantmekaniken". Int. J. Mod. Phys. B 20 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1142 / S0217979206034108

[17] Seth Lloyd, Lorenzo Maccone, Raul Garcia-Patron, Vittorio Giovannetti och Yutaka Shikano. "Kvantummekanik för tidsresor genom eftervald teleportering". Phys. Rev. D 84 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.84.025007

[18] Satoshi Ishizaka och Tohya Hiroshima. "Asymptotiskt teleporteringsschema som en universell programmerbar kvantprocessor". Phys. Rev. Lett. 101, 240501 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.101.240501

[19] Satoshi Ishizaka och Tohya Hiroshima. "Quantum teleportation system genom att välja en av flera utgångsportar". Phys. Rev. A 79, 042306 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.79.042306

[20] Salman Beigi och Robert Koenig. "Förenklad momentan icke-lokal kvantberäkning med applikationer för positionsbaserad kryptografi". New J. Phys. 13 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​13/​9/​093036

[21] Harry Buhrman, Lukasz Czekaj, Andrzej Grudka, Michal Horodecki, Pawel Horodecki, Marcin Markiewicz, Florian Speelman och Sergii Strelchuk. "Kvantkommunikationskomplexitetsfördel innebär kränkning av en klocka ojämlikhet". Proc. Natl. Acad. Sci. 113 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1507647113

[22] Stefano Pirandola, Riccardo Laurenza och Cosmo Lupo. "Fundamentala gränser för diskriminering av kvantkanaler". npj Quantum Information 5 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-019-0162-y

[23] Zhi-Wei Wang och Samuel L. Braunstein. "Högre dimensionell prestanda för portbaserad teleportering". Sci. Rep. 6 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1038 / srep33004

[24] Michal Studzinski, Sergii Strelchuk, Marek Mozrzymas och Michal Horodecki. "Portbaserad teleportering i godtycklig dimension". Sci. Rep. 7 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-017-10051-4

[25] Marek Mozrzymas, Michal Studzinski, Sergii Strelchuk och Michal Horodecki. "Optimal portbaserad teleportering". New J. Phys. 20 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​aab8e7

[26] Marek Mozrzymas, Michal Studzinski och Michal Horodecki. "En förenklad formalism av algebra av delvis transponerade permutationsoperatorer med applikationer". J. Phys. A: Matematik. Theor. 51 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1751-8121 / aaad15

[27] Matthias Christandl, Felix Leditzky, Christian Majenz, Graeme Smith, Florian Speelman och Michael Walter. "Asymptotisk prestanda för portbaserad teleportering". Commun. Matematik. Phys. 381, 379–451 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-020-03884-0

[28] Piotr Kopszak, Marek Mozrzymas, Michal Studzinski och Michal Horodecki. "Multiportbaserad teleportering - överföring av en stor mängd kvantinformation". Quantum 5 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-11-11-576

[29] Michal Studzinski, Marek Mozrzymas, Piotr Kopszak och Michal Horodecki. "Effektiva multiport-baserade teleporteringsscheman". IEEE Trans. Inf. Theory 68, 7892–7912 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2022.3187852

[30] Marek Mozrzymas, Michał Studziński och Piotr Kopszak. "Optimala multiportbaserade teleporteringsscheman". Quantum 5, 477 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-06-17-477

[31] L. Landau och R. Peierls. "Erweiterung des unbestimmtheitsprinzips für die relativistische kvantenteori". Zeitschrift für Physik 69, 56–69 (1931).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01391513

[32] Niels Henrik David Bohr och L. Rosenfeld. "Zur frage der messbarkeit der elektromagnetischen feldgrössen". Det Kgl. Danske Videnskabernes Selskab Mathematisk-fysiske Meddelelser 12, 1–65 (1933).

[33] Yakir Aharonov och David Z. Albert. "Tillstånd och observerbara i relativistiska kvantfältsteorier". Phys. Rev. D 21, 3316-3324 (1980).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.21.3316

[34] Yakir Aharonov och David Z. Albert. "Kan vi förstå mätprocessen i relativistisk kvantmekanik?". Phys. Rev. D 24, 359-370 (1981).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.24.359

[35] Yakir Aharonov och David Z. Albert. "Är den vanliga uppfattningen om tidsevolution tillräcklig för kvantmekaniska system? jag”. Phys. Rev. D 29, 223-227 (1984).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.29.223

[36] Yakir Aharonov och David Z. Albert. "Är den vanliga uppfattningen om tidsevolution tillräcklig för kvantmekaniska system? ii. relativistiska överväganden”. Phys. Rev. D 29, 228-234 (1984).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.29.228

[37] Yakir Aharonov, David Z. Albert och Lev Vaidman. "Mätningsprocess i relativistisk kvantteori". Phys. Rev. D 34, 1805–1813 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.34.1805

[38] Sandu Popescu och Lev Vaidman. "Kausalitetsbegränsningar för icke-lokala kvantmätningar". Phys. Rev. A 49, 4331–4338 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.49.4331

[39] Berry Groisman och Lev Vaidman. "Icke-lokala variabler med egentillstånd för produkttillstånd". J. Phys. A: Matematik. Gen. 34, 6881 (2001).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​34/​35/​313

[40] Berry Groisman och Benni Reznik. "Mätningar av semilokala och icke-maximalt intrasslade tillstånd". Phys. Rev. A 66, 022110 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.66.022110

[41] L Vaidman. "Omedelbar mätning av icke-lokala variabler". Phys. Rev. Lett. 90, 010402 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.90.010402

[42] SR Clark, AJ Connor, D Jaksch och S Popescu. "Entanglement konsumtion av momentana icke-lokala kvantmätningar". New J. Phys. 12, 083034 (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​12/​8/​083034

[43] Alvin Gonzales och Eric Chitambar. "Gräser för omedelbar icke-lokal kvantberäkning". IEEE Trans. Inf. Theory 66, 2951–2963 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2019.2950190

[44] Ralph Silva, Yelena Guryanova, Nicolas Brunner, Noah Linden, Anthony J. Short och Sandu Popescu. "För- och eftervalda kvanttillstånd: Densitetsmatriser, tomografi och kraus-operatorer". Phys. Rev. A 89, 012121 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.89.012121

[45] Michal Sedlak, Alessandro Bisio och Mario Ziman. "Optimal probabilistisk lagring och hämtning av enhetliga kanaler". Phys. Rev. Lett. 122 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.170502

[46] Lev Vaidman. "Bakåtutvecklande kvanttillstånd". J. Phys. A: Matematik. Theor. 40, 3275–3284 (2007).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​40/​12/​S23

[47] Charles H. Bennett och Stephen J. Wiesner. "Kommunikation via en- och tvåpartikeloperatörer på einstein-podolsky-rosen-tillstånd". Phys. Rev. Lett. 69, 2881-2884 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.69.2881

Citerad av

Detta papper publiceras i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) licens. Upphovsrätten kvarstår med de ursprungliga upphovsrättsinnehavarna som författarna eller deras institutioner.

Tidsstämpel:

Mer från Quantum Journal