Splątanie a przesyłanie informacji



Podobne dokumenty
MOŻLIWOŚCI PRZESYŁANIA INFORMACJI W SIECIACH Z WYKORZYSTANIEM EFEKTÓW KWANTOWYCH 1

VIII. TELEPORTACJA KWANTOWA Janusz Adamowski

TELEPORTACJA NIEZNANEGO STANU KWANTOWEGO

Protokół teleportacji kwantowej

Obliczenia inspirowane Naturą

Rozdział. Symulacyjne badanie splątania w protokołach kryptograficznych Motywacja

Internet kwantowy. (z krótkim wstępem do informatyki kwantowej) Jarosław Miszczak. Instytut Informatyki Teoretycznej i Stosowanej PAN

O teleportacji i telepatii, czyli jak zostać wróżbitą w Polsce.

Niezwykłe cechy informacji kwantowej

Kwantowe stany splątane. Karol Życzkowski Instytut Fizyki, Uniwersytet Jagielloński 25 kwietnia 2017

WYMAGANIA WSTĘPNE W ZAKRESIE WIEDZY, UMIEJĘTNOŚCI I INNYCH KOMPETENCJI

W5. Komputer kwantowy

Kwantowe stany splątane w układach wielocząstkowych. Karol Życzkowski (UJ / CFT PAN) 44 Zjazd PTF Wrocław, 12 września 2017

Wprowadzenie do teorii komputerów kwantowych

Obliczenia inspirowane Naturą

Kryptografia. z elementami kryptografii kwantowej. Ryszard Tanaś Wykład 13

Kryptografia kwantowa. Marta Michalska

Komputery Kwantowe. Sprawy organizacyjne Literatura Plan. Komputery Kwantowe. Ravindra W. Chhajlany. 27 listopada 2006

Miary splątania kwantowego

Fizyka dla wszystkich

Seminarium: Efekty kwantowe w informatyce

TEORIE KWANTOWE JAKO PODSTAWA NOWOCZESNEJ KRYPTOGRAFII QUANTUM TEORIIES AS MODERN CRYPTOGRAPHY BASIS

Problemy rozwoju Internetu kwantowego

fotony i splątanie Jacek Matulewski Karolina Słowik Jarosław Zaremba Jacek Jurkowski MECHANIKA KWANTOWA DLA NIEFIZYKÓW

bity kwantowe zastosowania stanów splątanych

Informatyka kwantowa. Zaproszenie do fizyki. Zakład Optyki Nieliniowej. wykład z cyklu. Ryszard Tanaś. mailto:tanas@kielich.amu.edu.

Informatyka Kwantowa Sekcja Informatyki Kwantowej prezentacja

Wprowadzenie do optycznej kryptografii kwantowej

Historia. Zasada Działania

Instytut Fizyki Teoretycznej i Astrofizyki Uniwersytet Gdański Gdańsk, Sprawozdanie z pracy naukowej w roku 2005

bity kwantowe zastosowania stanów splątanych

Kwantowe przelewy bankowe foton na usługach biznesu

interpretacje mechaniki kwantowej fotony i splątanie

Gry kwantowe na łańcuchach spinowych

Wykłady z Mechaniki Kwantowej

VIII Festiwal Nauki i Sztuki. Wydziale Fizyki UAM

Język programowania komputerów kwantowych oparty o model macierzy gęstości

Wstęp do algorytmiki kwantowej

Wstęp do komputerów kwantowych

Wykorzystanie metod ewolucyjnych w projektowaniu algorytmów kwantowych

Wysokowydajne falowodowe źródło skorelowanych par fotonów

Informatyka kwantowa. Karol Bartkiewicz

O spl ataniu kwantowym s lów kilka

Algorytm Grovera. Kwantowe przeszukiwanie zbiorów. Robert Nowotniak

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 24, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Kwantowa implementacja paradoksu Parrondo

SYMULACJE OPTYCZNE OBLICZEŃ KWANTOWYCH 1 OPTICAL SIMULATIONS OF QUANTUM COMPUTING

ANALIZA PORÓWNAWCZA PROTOKOŁÓW BB84 ORAZ SARG COMPARATIVE ANALYSIS OF PROTOCOLS BB84 AND SARG

O informatyce kwantowej

XIII Poznański Festiwal Nauki i Sztuki. Wydziale Fizyki UAM

KWANTOWA DYSTRYBUCJA KLUCZA: STAN WIEDZY

High level programming in quantum computer science

Jak wygrywać w brydża znając mechanikę kwantową?

Podstawy informatyki kwantowej

Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW) Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów

Rola superkomputerów i modelowania numerycznego we współczesnej fzyce. Gabriel Wlazłowski

VII Festiwal Nauki i Sztuki. Wydziale Fizyki UAM

Różne oblicza splątania kwantowego

12. Wymagania wstępne w zakresie wiedzy, umiejętności i kompetencji społecznych dla przedmiotu/modułu oraz zrealizowanych przedmiotów

Kwantowa kooperacja. Robert Nowotniak. Wydział Fizyki Technicznej, Informatyki i Matematyki Stosowanej Politechnika Łódzka

Komputery kwantowe. Szymon Pustelny Student SMP, Instytut Fizyki UJ

- nowe wyzwanie. Feliks Kurp

O symetrycznej rozszerzalności stanów kwantowych i jej zastosowaniach

KRZYSZTOF WÓJTOWICZ Instytut Filozofii Uniwersytetu Warszawskiego

Kwantowe splątanie dwóch atomów

Obliczenia inspirowane Naturą

Podejścia do realizacji modelu obliczeń kwantowych

IX. KRYPTOGRAFIA KWANTOWA Janusz Adamowski

Modelling of quantum informatics systems with the use of quantum programming languages and symbolic computation

Tak określił mechanikę kwantową laureat nagrody Nobla Ryszard Feynman ( ) mechanika kwantowa opisuje naturę w sposób prawdziwy, jako absurd.

VI. KORELACJE KWANTOWE Janusz Adamowski

kondensat Bosego-Einsteina

Wykorzystanie stanów splątanych w informatyce kwantowej

Obliczenia inspirowane Naturą

Instytut Fizyki Teoretycznej i Astrofizyki Uniwersytet Gdański Gdańsk, Sprawozdanie z pracy naukowej w roku 2006

Teleportacja czy mamy juŝ technologię XII wieku?

Świat klasyczny i kwantowy

General paradigm for distilling classical key from quantum states - on quantum entanglement and security

0 + 0 = 0, = 1, = 1, = 0.

Instytut Fizyki Teoretycznej i Astrofizyki Uniwersytet Gdański Gdańsk, Sprawozdanie z pracy naukowej w roku 2004

Informatyka kwantowa

Kodowanie i kompresja Tomasz Jurdziński Studia Wieczorowe Wykład Kody liniowe - kodowanie w oparciu o macierz parzystości

Według raportu ISO z 1988 roku algorytm JPEG składa się z następujących kroków: 0.5, = V i, j. /Q i, j

Świat klasyczny i kwantowy por. WYKŁAD nr 2. Splątane stany - EPR. por. WYKŁAD nr 2. Kwantowa kryptografia i teleportacja. Splątanie kwantowe

Nierównowagowe kondensaty polarytonów ekscytonowych z gigantycznym rozszczepieniem Zeemana w mikrownękach półprzewodnikowych

Kryptografia kwantowa

Instytut Fizyki Teoretycznej i Astrofizyki Uniwersytet Gdański Gdańsk, Sprawozdanie z pracy naukowej w roku 2002

Optyka kwantowa wprowadzenie. Początki modelu fotonowego Detekcja pojedynczych fotonów Podstawowe zagadnienia optyki kwantowej

Nanofizyka co wiemy, a czego jeszcze szukamy?

Faculty of Applied Physics and Mathematics -> Department of Solid State Physics. dydaktycznych, objętych planem studiów

Symulacja obliczeń kwantowych

Rozdział 8 Paradoksy i zastosowania Mechaniki Kwantowej

Kryptografia kwantowa

teoria informacji Kanały komunikacyjne, kody korygujące Mariusz Różycki 25 sierpnia 2015

Kwantowe języki programowania

Zwiększanie losowości

Wykłady z Mechaniki Kwantowej

Komputery kwantowe - mit czy rzeczywistość?

Informatyka kwantowa i jej fizyczne podstawy Rezonans spinowy, bramki dwu-kubitowe

Modelowanie Preferencji a Ryzyko. Dlaczego w dylemat więźnia warto grać kwantowo?

Transkrypt:

Splątanie a przesyłanie informacji Jarosław A. Miszczak 21 marca 2003 roku

Plan referatu Stany splątane Co to jest splątanie? Gęste kodowanie Teleportacja Przeprowadzone eksperymenty Możliwości wykorzystania

1. Stany splątane Splątanie jest rodzajem korelacji występujących w układach kwantowych. Najczęściej wymienianymi przykładami stanów splątanych są stany Bella ψ + = 1 2 ( 0 1 + 1 0 ) ψ = 1 2 ( 0 1 1 0 ) φ + = 1 2 ( 0 0 + 1 1 ) φ = 1 2 ( 0 0 1 1 ) Obecnie udaje się wytworzyć pary splątane rozdzielone przestrzennie o 10 km.

2. Co to jest splątanie? Różnice między mechaniką klasyczną a kwantową rozpoczynają się od zastosowani zasady superpozycji do stanów. Klasycznie Kwantowo stan stan czysty superpozycja zespół statystyczny stan mieszany Zarówno dla stanów klasycznych jak i kwantowych możemy określić mieszanki statystyczne (zespoły statystyczne) stanów. W przypadku mechaniki klasycznej nie możliwe jest jednak istnienie superpozycji stanów.

3. Gęste kodowanie Gęste kodowanie (ang. dense coding) jest prostym przykładem potencjalnego wykorzystania stanów splątanych do przesyłania informacji. W tym wypadku splątanie pozwala na wydajniejsze kodowanie symboli podczas przesyłania informacji. Załóżmy, że Ania i Bartek mają do dyspozycji stan splątany φ +. Ania może wykonać na swoim podukładzie jedną z operacji unitarnych reprezentowanych przez macierze Pauliego: I, σ x, σ y bądź σ z odpowiadające w realizacji fizycznej np. elementom optycznym. Powoduje to odpowiednio przejściu w jeden ze stanów: 1. φ + = I I φ +, 2. ψ + = σ x I φ +, 3. ψ = σ y I φ +, 4. φ = σ z I φ +.

Jeżeli teraz Bartek dokona pomiaru stanu całości w bazie { φ ±, ψ ± } jednoznacznie rozróżni operację jaką wykonała Ania. Cała informacji jest tu zawarta w korelacjach pomiędzy stanami qubitów Ani i Bartka. Zatem przesłanie od Ani do Bartka jednego qubitu umożliwia przesłane dwóch bitów informacji. W przypadku klasycznym do przesłania dwóch bitów konieczne jest operowanie na dwóch układach tutaj wystarczy operować na jednym z układów.

4. Teleportacja Mechanika kwantowa nie zezwala na dokonanie kopii nieznanego stanu jest to treścią twierdzenie o nie-klonowaniu (ang. no-cloning theorem). Możliwe jest jednak przesyłanie na odległość dokładnej kopii nieznanego stanu kwantowego [1], o ile dysponujemy kanałem kwantowym czyli operującym na obiektach opisanych mechaniką kwantową.

Załóżmy, że Ania i Bartek mają do dyspozycji stan splątany φ +. Aby przesłać dokładną kopię stanu x = α 0 +β 1 Ania musi wykonać następujące kroki: 1. Utworzyć układ w stanie x φ +. 2. Dokonać pomiaru stany podukładu dwóch pierwszych qubitów w bazie { φ ±, ψ ± }. 3. Przesłać do Bartka kanałem klasycznym dwa bity opisujące jej pomiar poprzez numer wektora bazowego.

Z kolei Bartek, aby odtworzyć stan x, wykonuje następującą operację na swoim podukładzie, w zależności od otrzymanej wiadomości klasycznej: 1. φ + I, 2. ψ + σ x, 3. ψ σ y, 4. φ σ z.

Przykładowo, jeżeli Ania wybierze pomiar na stan φ +, musi wykonać następujący ciąg operacji: ( φ + φ + I) x φ + = = 1 ( 00 00 I + 00 11 I 2 + 11 00 I + 11 11 I) x φ + 1 2 ( 00 00 I x 00 + 00 11 I x 11 2 + 11 00 I x 00 + 11 11 I x 11 )

W ten sposób Bartek otrzymuje stan 1 2 (β 001 + α 000 + α 000 + β 111 ) = 2 00 x + 11 x 2 2 czyli stan zostanie przeniesiony do rejestru Bartka. Przykład obwodu kwantowego realizującego procedurę teleportacji można znaleźć w [5]. Teleportacja i gęste kodowanie są wzajemnie dopełniającymi się procedurami. W pierwszym przypadku korzystamy ze splątania do przenoszenia stanów przy wykorzystaniu informacji klasycznej, natomiast w drugim wykorzystujemy splątanie do przesyłania informacji klasycznej.

5. Przeprowadzone eksperymenty Przeprowadzone dotychczas eksperymentalne próby teleportacji dotyczyły głównie fotonów 1. Pierwsza realizacja protokołu gęstego kodowania miała miejsce w 1996 2. W roku 1997 grupa naukowców z Instytutu Fizyki Doświadczalnej uniwersytetu w Innsbrucku dokonała teleportacji stanu fotonu [3]. Doświadczenie powtórzono w Rzymie [2] 3. Przeprowadzono udane próby stworzenia stanów splątanych atomów. Możliwe jest także tworzenie splątanych par foton-atom.

6. Możliwości wykorzystania Możliwości wykorzystania teleportacji: Za pomocą teleportacji możliwe jest przenoszenie stanu z układu podlegającego szybkiej dekoherencji na układ trwały. Gęste kodowanie pozwala na przesłanie informacji całkowicie poufnej, gdyż przesyłany qubit nie niesie informacji. Możliwe jest jedynie zakłócanie połączenia. Zastosowaniem teleportacji jest wykorzystywanie do kwantowej korekcji błędów występującej podczas obliczeń. Przesyłanie informacji w sieciach opartych o nanotechnologie może być wspierane efektami kwantowymi.

Literatura [1] Charles H. Bennett, Gilles Brassard, Claude Crépeau, Richard Jozsa, Asher Peres, William K. Wootters. Teleporting an unknown quantum state via dual classical and einstein-podolsky-rosen channels. Phys. Rev. Lett., 70:1895 1899, 1993. [2] D. Boschi, S. Branca, F. De Martini, L. Hardy,, S. Popescu. Experimental realization of teleporting an unknown pure quantum state via dual classical and einstein-podolsky-rosen channels. Phys. Rev. Lett., 80:1121 1125, 1998. [3] D. Bouwmeester, J.-W. Pan, K. Mattle, M. Eibl, H. Weinfurter, A. Zeilinger. Experimental quantum teleportation. Nature, (390), 1997. [4] Dirc Bouwmeester, Arthur Ekert, Anton Zeilinger, redaktorzy. The Physics of Quantmu Computation. Springer, 2001. [5] Paul Dumais, Hugo Touchette. QuCalc Quantum Calculator, 2000. Witryna internetowa http://crypto.cs.mcgill.ca/qucalc/.