145
VII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM

VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

  • Upload
    others

  • View
    1

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

VII Festiwal Naukii Sztuki

na

Wydziale Fizyki UAM

Page 2: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

VII Festiwal Nauki i Sztukina

Wydziale Fizyki UAM

Teleportacja stanówatomowych

Ryszard Tanaś

http://zon8.physd.amu.edu.pl/~tanas

14 października 2004

Page 3: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Spis treści

1 Kubit — krótkie przypomnienie 71.1 Superpozycja . . . . . . . . . . . . . . . 111.2 Kolorowe kubity . . . . . . . . . . . . . . 12

2 Ewolucja kubitów 222.1 Pomiar kwantowy . . . . . . . . . . . . . 222.2 Ewolucja odwracalna — reguła Feynmana 38

3 Rejestry kwantowe 423.1 Dwa kubity . . . . . . . . . . . . . . . . . 423.2 Splątane kubity . . . . . . . . . . . . . . 443.3 Stany Bella . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Page 4: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

4 Teleportacja kwantowa 564.1 Zakaz klonowania . . . . . . . . . . . . . 564.2 Teleportacja stanów fotonowych . . . . 664.3 Teleportacja stanów atomowych . . . . 67

Page 5: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Teleportacja

Page 6: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Teleportacja

Page 7: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

1 Kubit — krótkie przypomnienie

George Boole (1815-1864)pokazał, że logikę imatematykę możnasprowadzić do ciąguodpowiedzi: TAK, NIE

Page 8: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

• Klasyczny bit może przyjmować tylko dwiewartości {0, 1} ({orzeł,reszka}, {TAK,NIE}).

• Układ fizyczny reprezentujący bit znajduje się wjednym z dwóch możliwych stanów: albo w stanie0 (orzeł,TAK) albo w stanie 1 (reszka,NIE).

• Dowolną informację można zapisać w postaciciągu bitów, np.

bit = 011000100110100101110100

Page 9: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

• Klasyczny bit może przyjmować tylko dwiewartości {0, 1} ({orzeł,reszka}, {TAK,NIE}).

• Układ fizyczny reprezentujący bit znajduje się wjednym z dwóch możliwych stanów: albo w stanie0 (orzeł,TAK) albo w stanie 1 (reszka,NIE).

• Dowolną informację można zapisać w postaciciągu bitów, np.

bit = 011000100110100101110100

Page 10: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

• Klasyczny bit może przyjmować tylko dwiewartości {0, 1} ({orzeł,reszka}, {TAK,NIE}).

• Układ fizyczny reprezentujący bit znajduje się wjednym z dwóch możliwych stanów: albo w stanie0 (orzeł,TAK) albo w stanie 1 (reszka,NIE).

• Dowolną informację można zapisać w postaciciągu bitów, np.

bit = 011000100110100101110100

Page 11: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

• Klasyczny bit może przyjmować tylko dwiewartości {0, 1} ({orzeł,reszka}, {TAK,NIE}).

• Układ fizyczny reprezentujący bit znajduje się wjednym z dwóch możliwych stanów: albo w stanie0 (orzeł,TAK) albo w stanie 1 (reszka,NIE).

• Dowolną informację można zapisać w postaciciągu bitów, np.

bit = 011000100110100101110100

Page 12: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

• Klasyczny bit może przyjmować tylko dwiewartości {0, 1} ({orzeł,reszka}, {TAK,NIE}).

• Układ fizyczny reprezentujący bit znajduje się wjednym z dwóch możliwych stanów: albo w stanie0 (orzeł,TAK) albo w stanie 1 (reszka,NIE).

• Dowolną informację można zapisać w postaciciągu bitów, np.

bit = 011000100110100101110100

Page 13: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

• Kwantowym odpowiednikiem klasycznego bitu jestdowolny układ dwustanowy:

• dwa poziomy atomu {|g〉, |e〉},

• spin elektronu {|↑〉, |↓〉},

• foton o dwóch wzajemnie ortogonalnych stanachpolaryzacji {|↑〉, |→〉},

• itp.

Page 14: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

• Kwantowym odpowiednikiem klasycznego bitu jestdowolny układ dwustanowy:

• dwa poziomy atomu {|g〉, |e〉},

• spin elektronu {|↑〉, |↓〉},

• foton o dwóch wzajemnie ortogonalnych stanachpolaryzacji {|↑〉, |→〉},

• itp.

Page 15: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

• Kwantowym odpowiednikiem klasycznego bitu jestdowolny układ dwustanowy:

• dwa poziomy atomu {|g〉, |e〉},

• spin elektronu {|↑〉, |↓〉},

• foton o dwóch wzajemnie ortogonalnych stanachpolaryzacji {|↑〉, |→〉},

• itp.

Page 16: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

• Kwantowym odpowiednikiem klasycznego bitu jestdowolny układ dwustanowy:

• dwa poziomy atomu {|g〉, |e〉},

• spin elektronu {|↑〉, |↓〉},

• foton o dwóch wzajemnie ortogonalnych stanachpolaryzacji {|↑〉, |→〉},

• itp.

Page 17: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

• Kwantowym odpowiednikiem klasycznego bitu jestdowolny układ dwustanowy:

• dwa poziomy atomu {|g〉, |e〉},

• spin elektronu {|↑〉, |↓〉},

• foton o dwóch wzajemnie ortogonalnych stanachpolaryzacji {|↑〉, |→〉},

• itp.

Page 18: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

• Kwantowym odpowiednikiem klasycznego bitu jestdowolny układ dwustanowy:

• dwa poziomy atomu {|g〉, |e〉},

• spin elektronu {|↑〉, |↓〉},

• foton o dwóch wzajemnie ortogonalnych stanachpolaryzacji {|↑〉, |→〉},

• itp.

Page 19: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

• Każdy kwantowy układ dwustanowy to qubit(quantum bit); po polsku kubit.

• Dwa stany układu, które możemy nazwać |0〉 i |1〉,przez analogię do klasycznego bitu, {0, 1}, tworząbazę standardową albo obliczeniową — {|0〉, |1〉}.

• Kubit to jednak nie klasyczny bit, dla podkreśleniatego faktu stosujemy specjalny, wprowadzonyprzez Diraca, zapis dla określenia kubitu, |?〉.

Page 20: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

• Każdy kwantowy układ dwustanowy to qubit(quantum bit); po polsku kubit.

• Dwa stany układu, które możemy nazwać |0〉 i |1〉,przez analogię do klasycznego bitu, {0, 1}, tworząbazę standardową albo obliczeniową — {|0〉, |1〉}.

• Kubit to jednak nie klasyczny bit, dla podkreśleniatego faktu stosujemy specjalny, wprowadzonyprzez Diraca, zapis dla określenia kubitu, |?〉.

Page 21: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

• Każdy kwantowy układ dwustanowy to qubit(quantum bit); po polsku kubit.

• Dwa stany układu, które możemy nazwać |0〉 i |1〉,przez analogię do klasycznego bitu, {0, 1}, tworząbazę standardową albo obliczeniową — {|0〉, |1〉}.

• Kubit to jednak nie klasyczny bit, dla podkreśleniatego faktu stosujemy specjalny, wprowadzonyprzez Diraca, zapis dla określenia kubitu, |?〉.

Page 22: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

• Każdy kwantowy układ dwustanowy to qubit(quantum bit); po polsku kubit.

• Dwa stany układu, które możemy nazwać |0〉 i |1〉,przez analogię do klasycznego bitu, {0, 1}, tworząbazę standardową albo obliczeniową — {|0〉, |1〉}.

• Kubit to jednak nie klasyczny bit, dla podkreśleniatego faktu stosujemy specjalny, wprowadzonyprzez Diraca, zapis dla określenia kubitu, |?〉.

Page 23: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

1.1 Superpozycja

Kubit, w przeciwieństwie do klasycznego bitu, możebyć dowolną superpozycją stanów bazowych!

|Ψ〉 = A0|0〉+ A1|1〉

• Kubit reprezentuje obydwa stany:stan |0〉 z amplitudą A0

stan |1〉 z amplitudą A1

• Pomiar w bazie {|0〉, |1〉} daje:stan |0〉 z prawdopodobieństwem |A0|2

stan |1〉 z prawdopodobieństwem |A1|2

Page 24: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

1.1 Superpozycja

Kubit, w przeciwieństwie do klasycznego bitu, możebyć dowolną superpozycją stanów bazowych!

|Ψ〉 = A0|0〉+ A1|1〉

• Kubit reprezentuje obydwa stany:stan |0〉 z amplitudą A0

stan |1〉 z amplitudą A1

• Pomiar w bazie {|0〉, |1〉} daje:stan |0〉 z prawdopodobieństwem |A0|2

stan |1〉 z prawdopodobieństwem |A1|2

Page 25: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

1.1 Superpozycja

Kubit, w przeciwieństwie do klasycznego bitu, możebyć dowolną superpozycją stanów bazowych!

|Ψ〉 = A0|0〉+ A1|1〉

• Kubit reprezentuje obydwa stany:stan |0〉 z amplitudą A0

stan |1〉 z amplitudą A1

• Pomiar w bazie {|0〉, |1〉} daje:stan |0〉 z prawdopodobieństwem |A0|2

stan |1〉 z prawdopodobieństwem |A1|2

Page 26: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

1.2 Kolorowe kubity

• Każdy układ dwustanowy, czyli kubit, możemyprzedstawić graficznie jako punkt na jednostkowejsferze, zwanej sferą Blocha.

• Punkt jednak jest obiektem bezwymiarowym itrudno go zilustrować graficznie. Będziemy więcilustrować kubity poprzez wektor wskazującypunkt na sferze i prostopadłe do tego wektorawielkie koło, które ma kolor wyznaczonyjednoznacznie przez położenie punktu na sferze.

Page 27: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

1.2 Kolorowe kubity

• Każdy układ dwustanowy, czyli kubit, możemyprzedstawić graficznie jako punkt na jednostkowejsferze, zwanej sferą Blocha.

• Punkt jednak jest obiektem bezwymiarowym itrudno go zilustrować graficznie. Będziemy więcilustrować kubity poprzez wektor wskazującypunkt na sferze i prostopadłe do tego wektorawielkie koło, które ma kolor wyznaczonyjednoznacznie przez położenie punktu na sferze.

Page 28: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

1.2 Kolorowe kubity

• Każdy układ dwustanowy, czyli kubit, możemyprzedstawić graficznie jako punkt na jednostkowejsferze, zwanej sferą Blocha.

• Punkt jednak jest obiektem bezwymiarowym itrudno go zilustrować graficznie. Będziemy więcilustrować kubity poprzez wektor wskazującypunkt na sferze i prostopadłe do tego wektorawielkie koło, które ma kolor wyznaczonyjednoznacznie przez położenie punktu na sferze.

Page 29: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Przyjmujemy następującą konwencję dotyczącąkolorowania kubitów:

• Każdy kubit ma własny kolor, który jest koloremwielkiego koła prostopadłego do wektoraokreślającego kubit

• Dwa ortogonalne kubity (punkty na antypodach)mają kolory dopełniające, co oznacza, że ichzmieszanie daje kolor biały lub odcień szarości

• Splątane kubity są białe lub szare, tzn. nie mająwłasnego koloru

Page 30: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Przyjmujemy następującą konwencję dotyczącąkolorowania kubitów:

• Każdy kubit ma własny kolor, który jest koloremwielkiego koła prostopadłego do wektoraokreślającego kubit

• Dwa ortogonalne kubity (punkty na antypodach)mają kolory dopełniające, co oznacza, że ichzmieszanie daje kolor biały lub odcień szarości

• Splątane kubity są białe lub szare, tzn. nie mająwłasnego koloru

Page 31: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Przyjmujemy następującą konwencję dotyczącąkolorowania kubitów:

• Każdy kubit ma własny kolor, który jest koloremwielkiego koła prostopadłego do wektoraokreślającego kubit

• Dwa ortogonalne kubity (punkty na antypodach)mają kolory dopełniające, co oznacza, że ichzmieszanie daje kolor biały lub odcień szarości

• Splątane kubity są białe lub szare, tzn. nie mająwłasnego koloru

Page 32: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Przyjmujemy następującą konwencję dotyczącąkolorowania kubitów:

• Każdy kubit ma własny kolor, który jest koloremwielkiego koła prostopadłego do wektoraokreślającego kubit

• Dwa ortogonalne kubity (punkty na antypodach)mają kolory dopełniające, co oznacza, że ichzmieszanie daje kolor biały lub odcień szarości

• Splątane kubity są białe lub szare, tzn. nie mająwłasnego koloru

Page 33: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

x y

z

|0〉

Page 34: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

x y

z

|1〉

Page 35: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

x y

z

|Ψ〉 = 1√2(|0〉 + |1〉)

Page 36: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

x y

z

|Ψ〉 = 1√2(|0〉 − |1〉)

Page 37: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

x y

z

|Ψ〉 = 1√2(|0〉 + i|1〉)

Page 38: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

x y

z

|Ψ〉 = 1√2(|0〉 − i|1〉)

Page 39: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

x y

z

|Ψ〉 = cosθ2|0〉 + eiϕ sin

θ2|1〉

Page 40: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

x y

z

|Ψ〉 = sinθ2|0〉 − eiϕ

cosθ2|1〉

Page 41: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

2 Ewolucja kubitów

2.1 Pomiar kwantowy

• Kubit, |Ψ(t)〉 = A0(t)|0〉+ A1(t)|1〉, ewoluując wczasie reprezentuje jednocześnie obydwa stanybazy, |0〉 i |1〉.

• Pomiar kwantowy w bazie {|0〉, |1〉} powodujeprzejście kubitu do jednego ze stanów bazowych.Następuje, jak mówimy, redukcja stanukwantowego.

Page 42: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

2 Ewolucja kubitów

2.1 Pomiar kwantowy

• Kubit, |Ψ(t)〉 = A0(t)|0〉+ A1(t)|1〉, ewoluując wczasie reprezentuje jednocześnie obydwa stanybazy, |0〉 i |1〉.

• Pomiar kwantowy w bazie {|0〉, |1〉} powodujeprzejście kubitu do jednego ze stanów bazowych.Następuje, jak mówimy, redukcja stanukwantowego.

Page 43: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

2 Ewolucja kubitów

2.1 Pomiar kwantowy

• Kubit, |Ψ(t)〉 = A0(t)|0〉+ A1(t)|1〉, ewoluując wczasie reprezentuje jednocześnie obydwa stanybazy, |0〉 i |1〉.

• Pomiar kwantowy w bazie {|0〉, |1〉} powodujeprzejście kubitu do jednego ze stanów bazowych.Następuje, jak mówimy, redukcja stanukwantowego.

Page 44: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

N

S

Aparatura Sterna-Gerlacha

Page 45: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

N

S

Aparatura Sterna-Gerlacha

Magnes o specjalnie ukształtowanych biegunachwytwarza niejednorodne pole magnetyczne.

Page 46: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

N

S

Spin w stanie |0〉 . . .

Page 47: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

N

S

zostaje odchylony do góry i pozostaje w stanie |0〉

Page 48: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

N

S

Spin w stanie |1〉 . . .

Page 49: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

N

S

zostaje odchylony do dołu i pozostaje w stanie |1〉

Page 50: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

N

S

Spin w stanie |Ψ〉 = 1√2

(|0〉+ |1〉

). . .

Page 51: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

N

S

z prawdopodobieństwem 12

zostaje odchylony do dołu iznajdzie się w stanie |1〉.

Page 52: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

N

S

Albo. . .

Page 53: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

N

S

z prawdopodobieństwem 12

zostaje odchylony do góry iznajdzie się w stanie |0〉.

Page 54: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

N

S

z prawdopodobieństwem 12

zostaje odchylony do góry iznajdzie się w stanie |0〉.

Wynik jest całkowicie losowy!

Page 55: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

N

S

Spin w stanie |Ψ〉 = cos θ2|0〉+ eiϕ sin θ

2|1〉 . . .

Page 56: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

N

S

z prawdopodobieństwem cos2 θ2

zostaje odchylony dogóry i znajdzie się w stanie |0〉

Page 57: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

N

S

Albo. . .

Page 58: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

N

S

z prawdopodobieństwem sin2 θ2

zostaje odchylony dodołu i znajdzie się w stanie |1〉

Page 59: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Pomiar kwantowy zmienia stan kubitu!

Page 60: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Pomiar kwantowy zmienia stan kubitu!

Taka zmiana jest nieodwracalna!

Page 61: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Pomiar kwantowy zmienia stan kubitu!

Taka zmiana jest nieodwracalna!

Pomiędzy pomiarami kubity mogą ewoluować wsposób odwracalny!

Page 62: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

2.2 Ewolucja odwracalna — reguła Feynmana

W mechanice kwantowej dodają się amplitudy a nieprawdopodobieństwa.

Richard P. Feynman (1918-1988)Tam na dole jest jeszcze dużomiejsca!

W 1982 r. Feynman pokazał, że nie da się symulowaćefektywnie procesów kwantowych na komputerachklasycznych.

Page 63: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Interferometr Macha-Zehndera np. to bramka logicznaNOT , a jedna płytka światłodzieląca to

√NOT !

√NOT ·

√NOT = NOT

√NOT

√NOT

Page 64: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

W odwracalnej ewolucji kwantowej kluczową rolęodgrywa interferencja kwantowa czyli fakt, że dodająsię amplitudy a nie prawdopodobieństwa

• Interferencja kwantowa pozwala uzyskać operacje„logiczne” niedostępne w informatyce klasycznej

• Czy takie nielogiczne bramki logiczne mogą się doczegoś przydać?

Okazuje się, że tak!

• Więcej informacji o bramkach kwantowych możnaznaleźć:http://zon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/lecture.html

Page 65: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

W odwracalnej ewolucji kwantowej kluczową rolęodgrywa interferencja kwantowa czyli fakt, że dodająsię amplitudy a nie prawdopodobieństwa

• Interferencja kwantowa pozwala uzyskać operacje„logiczne” niedostępne w informatyce klasycznej

• Czy takie nielogiczne bramki logiczne mogą się doczegoś przydać?

Okazuje się, że tak!

• Więcej informacji o bramkach kwantowych możnaznaleźć:http://zon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/lecture.html

Page 66: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

W odwracalnej ewolucji kwantowej kluczową rolęodgrywa interferencja kwantowa czyli fakt, że dodająsię amplitudy a nie prawdopodobieństwa

• Interferencja kwantowa pozwala uzyskać operacje„logiczne” niedostępne w informatyce klasycznej

• Czy takie nielogiczne bramki logiczne mogą się doczegoś przydać?

Okazuje się, że tak!

• Więcej informacji o bramkach kwantowych możnaznaleźć:http://zon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/lecture.html

Page 67: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

W odwracalnej ewolucji kwantowej kluczową rolęodgrywa interferencja kwantowa czyli fakt, że dodająsię amplitudy a nie prawdopodobieństwa

• Interferencja kwantowa pozwala uzyskać operacje„logiczne” niedostępne w informatyce klasycznej

• Czy takie nielogiczne bramki logiczne mogą się doczegoś przydać?

Okazuje się, że tak!

• Więcej informacji o bramkach kwantowych możnaznaleźć:http://zon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/lecture.html

Page 68: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

W odwracalnej ewolucji kwantowej kluczową rolęodgrywa interferencja kwantowa czyli fakt, że dodająsię amplitudy a nie prawdopodobieństwa

• Interferencja kwantowa pozwala uzyskać operacje„logiczne” niedostępne w informatyce klasycznej

• Czy takie nielogiczne bramki logiczne mogą się doczegoś przydać?

Okazuje się, że tak!

• Więcej informacji o bramkach kwantowych możnaznaleźć:http://zon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/lecture.html

Page 69: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Kwantowa interferencja?!

Page 70: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

3 Rejestry kwantowe

3.1 Dwa kubity

Cztery możliwe stany bazowe:∣∣∣∣ ⟩= |00〉 = |0〉∣∣∣∣ ⟩= |01〉 = |1〉∣∣∣∣ ⟩= |10〉 = |2〉∣∣∣∣ ⟩= |11〉 = |3〉

Cztery liczby {0, 1, 2, 3}, każda w innym rejestrze.

Page 71: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Ale kubity mogą być w stanie superpozycji, i naszdwukubitowy rejestr może wyglądać tak

∣∣∣∣ ⟩=

1√2

(|0〉+ |1〉

)⊗

1√2

(|0〉+ |1〉

)

Page 72: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Ale kubity mogą być w stanie superpozycji, i naszdwukubitowy rejestr może wyglądać tak

∣∣∣∣ ⟩=

1√2

(|0〉+ |1〉

)⊗

1√2

(|0〉+ |1〉

)=

1

2

(|00〉+ |01〉+ |10〉+ |11〉

)

Page 73: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Ale kubity mogą być w stanie superpozycji, i naszdwukubitowy rejestr może wyglądać tak

∣∣∣∣ ⟩=

1√2

(|0〉+ |1〉

)⊗

1√2

(|0〉+ |1〉

)=

1

2

(|00〉+ |01〉+ |10〉+ |11〉

)=

1

2

(|0〉+ |1〉+ |2〉+ |3〉

)

Page 74: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Ale kubity mogą być w stanie superpozycji, i naszdwukubitowy rejestr może wyglądać tak

∣∣∣∣ ⟩=

1√2

(|0〉+ |1〉

)⊗

1√2

(|0〉+ |1〉

)=

1

2

(|00〉+ |01〉+ |10〉+ |11〉

)=

1

2

(|0〉+ |1〉+ |2〉+ |3〉

)

Cztery liczby {0, 1, 2, 3} w jednym rejestrze!Wszystkie z jednakowymi amplitudami.

Page 75: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

A może być tak

∣∣∣∣ ⟩=

1√2

(|0〉 − |1〉

)⊗

1√2

(|0〉+ |1〉

)

Page 76: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

A może być tak

∣∣∣∣ ⟩=

1√2

(|0〉 − |1〉

)⊗

1√2

(|0〉+ |1〉

)=

1

2

(|00〉+ |01〉 − |10〉 − |11〉

)

Page 77: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

A może być tak

∣∣∣∣ ⟩=

1√2

(|0〉 − |1〉

)⊗

1√2

(|0〉+ |1〉

)=

1

2

(|00〉+ |01〉 − |10〉 − |11〉

)=

1

2

(|0〉+ |1〉 − |2〉 − |3〉

)

Page 78: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

A może być tak

∣∣∣∣ ⟩=

1√2

(|0〉 − |1〉

)⊗

1√2

(|0〉+ |1〉

)=

1

2

(|00〉+ |01〉 − |10〉 − |11〉

)=

1

2

(|0〉+ |1〉 − |2〉 − |3〉

)

Cztery liczby {0, 1, 2, 3} w jednym rejestrze!Dwie amplitudy mają znaki ujemne!

Page 79: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

3.2 Splątane kubity

Przypuśćmy, że udało nam się przygotować rejestrdwukubitowy w stanie

|Ψ−〉 =1√2(|01〉 − |10〉) =

1√2(|1〉 − |2〉)

Page 80: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

3.2 Splątane kubity

Przypuśćmy, że udało nam się przygotować rejestrdwukubitowy w stanie

|Ψ−〉 =1√2(|01〉 − |10〉) =

1√2(|1〉 − |2〉)

Taki stan nie daje się zapisać w postaci iloczynudwóch kubitów!

|Ψ−〉 6= (α0|0〉 − α1|1〉)⊗ (β0|0〉+ β1|1〉)

Page 81: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

3.2 Splątane kubity

Przypuśćmy, że udało nam się przygotować rejestrdwukubitowy w stanie

|Ψ−〉 =1√2(|01〉 − |10〉) =

1√2(|1〉 − |2〉)

Taki stan nie daje się zapisać w postaci iloczynudwóch kubitów!

|Ψ−〉 6= (α0|0〉 − α1|1〉)⊗ (β0|0〉+ β1|1〉)

=α0β0 |00〉+ α0β1 |01〉 − α1β0 |10〉 − α1β1 |11〉

Page 82: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

3.2 Splątane kubity

Przypuśćmy, że udało nam się przygotować rejestrdwukubitowy w stanie

|Ψ−〉 =1√2(|01〉 − |10〉) =

1√2(|1〉 − |2〉)

Taki stan nie daje się zapisać w postaci iloczynudwóch kubitów!

|Ψ−〉 6= (α0|0〉 − α1|1〉)⊗ (β0|0〉+ β1|1〉)

=α0β0 |00〉+ α0β1 |01〉 − α1β0 |10〉 − α1β1 |11〉

α0β0 = 0 ⇒ α0 = 0 ∨ β0 = 0

Page 83: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

3.3 Stany Bella∣∣∣∣ ⟩=

1√2(|00〉+ |11〉) = |Φ+〉∣∣∣∣ ⟩

=1√2(|01〉+ |10〉) = |Ψ+〉∣∣∣∣ ⟩

=1√2(|01〉 − |10〉) = |Ψ−〉∣∣∣∣ ⟩

=1√2(|00〉 − |11〉) = |Φ−〉

Splątane kubity tworzące stany Bella nie mająindywidualnych kolorów — są białe w naszej konwencji(kolor biały można otrzymać na wiele sposobów

Page 84: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

mieszając ze sobą kolory dopełniające).

Stany Bella stanowią bazę dla dwóch kubitów.

∣∣∣∣ ⟩∣∣∣∣ ⟩∣∣∣∣ ⟩∣∣∣∣ ⟩

⇐⇒

∣∣∣∣ ⟩∣∣∣∣ ⟩∣∣∣∣ ⟩∣∣∣∣ ⟩

Page 85: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

∣∣∣∣ ⟩

Wyobraźmy sobie, że mamy dwa splątane kubity wstanie Bella |Ψ−〉 = 1√

2(|01〉 − |10〉) (para EPR)

Page 86: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

∣∣∣∣ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Przesyłamy jeden kubit do Alicji a drugi do Bolka

Page 87: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

∣∣∣∣ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Alicja dokonuje pomiaru na swoim kubicie|0〉〈0|: |Ψ−〉 = 1√

2(|01〉 − |10〉) 7→ |01〉

Page 88: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

∣∣∣∣ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Alicja dokonuje pomiaru na swoim kubicie|1〉〈1|: |Ψ−〉 = 1√

2(|01〉 − |10〉) 7→ |10〉

Page 89: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

∣∣∣∣ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Alicja dokonuje pomiaru na swoim kubicie|1〉〈1|: |Ψ−〉 = 1√

2(|01〉 − |10〉) 7→ |10〉

Pomiar wykonany na kubicie Alicji zmienia stankubitu Bolka!

Page 90: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Bolek wykonując pomiar na swoim kubicie otrzymawynik przeciwny niż otrzymała Alicja, jakkolwiekdaleko nie byłby oddalony od Alicji.

Page 91: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Bolek wykonując pomiar na swoim kubicie otrzymawynik przeciwny niż otrzymała Alicja, jakkolwiekdaleko nie byłby oddalony od Alicji.

Po wykonaniu pomiaru lokalnego przez Alicję obydwakubity przestały być splątane.

Page 92: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Bolek wykonując pomiar na swoim kubicie otrzymawynik przeciwny niż otrzymała Alicja, jakkolwiekdaleko nie byłby oddalony od Alicji.

Po wykonaniu pomiaru lokalnego przez Alicję obydwakubity przestały być splątane.

Mechanika kwantowa jest nielokalna!

Page 93: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Bolek wykonując pomiar na swoim kubicie otrzymawynik przeciwny niż otrzymała Alicja, jakkolwiekdaleko nie byłby oddalony od Alicji.

Po wykonaniu pomiaru lokalnego przez Alicję obydwakubity przestały być splątane.

Mechanika kwantowa jest nielokalna!

Jak uzyskać stan splątany?

Page 94: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

1√2(|0〉 − |1〉)

|1〉CNOT

|?〉|?〉

Bramka CNOT

Page 95: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

1√2(|0〉 − |1〉)

|1〉CNOT

}|Ψ〉

Bramka CNOT

Page 96: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Otrzymujemy stan splątany

|Ψ〉 =1√2(|01〉 − |10〉)

Page 97: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Otrzymujemy stan splątany

|Ψ〉 =1√2(|01〉 − |10〉)

Bramka Hadamarda H oraz bramka CNOT

pozwalają przejść z bazy standardowej do bazy Bella.

Page 98: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Otrzymujemy stan splątany

|Ψ〉 =1√2(|01〉 − |10〉)

Bramka Hadamarda H oraz bramka CNOT

pozwalają przejść z bazy standardowej do bazy Bella.

Potrafimy wytwarzać stany splątane!

Page 99: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Otrzymujemy stan splątany

|Ψ〉 =1√2(|01〉 − |10〉)

Bramka Hadamarda H oraz bramka CNOT

pozwalają przejść z bazy standardowej do bazy Bella.

Potrafimy wytwarzać stany splątane!

Po co nam stany splątane?

Page 100: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

4 Teleportacja kwantowa

4.1 Zakaz klonowania

X

Page 101: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

4 Teleportacja kwantowa

4.1 Zakaz klonowania

XNieznany stan kwantowy nie może być sklonowany!

Page 102: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

4 Teleportacja kwantowa

4.1 Zakaz klonowania

XNieznany stan kwantowy nie może być sklonowany!

Alicja ma nieznany kubit, którego nie może sklonowaćani bezpośrednio przesłać do Bolka, ale może się zBolkiem komunikować klasycznie, np. przez telefon.

Page 103: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

4 Teleportacja kwantowa

4.1 Zakaz klonowania

XNieznany stan kwantowy nie może być sklonowany!

Alicja ma nieznany kubit, którego nie może sklonowaćani bezpośrednio przesłać do Bolka, ale może się zBolkiem komunikować klasycznie, np. przez telefon.

Czy można klasycznie przesłać informację pozwalającąBolkowi odtworzyć kubit Alicji?

Page 104: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

∣∣∣∣ ⟩

Przygotowujemy dwa splątane kubity w jednym zestanów Bella, np.

|Φ+〉 =1√2(|00〉+ |11〉)

Page 105: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

∣∣∣∣ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Przesyłamy jeden kubit do Alicji a drugi do Bolka

Page 106: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

∣∣∣∣ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Nieznany kubit |φ〉 zostaje dołączony do należącego doAlicji kubitu ze splątanej pary.

|φ〉 ⊗ |Φ+〉 = (A0|0〉+ A1|1〉)⊗1√2(|00〉+ |11〉)

=1√2

{A0(|000〉+ |011〉) + A1(|100〉+ |111〉)

}

Page 107: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

∣∣∣∣ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Alicja wykonuje operację CNOT na obydwu kubitachbędących w jej posiadaniu

1√2

{A0(|000〉+ |011〉) + A1(|100〉+ |111〉)

}⇒

1√2

{A0(|000〉+ |011〉) + A1(|110〉+ |101〉)

}

Page 108: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

∣∣∣∣ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Alicja wykonuje operację H na pierwszym kubicie.

1√2

{A0(|000〉+ |011〉) + A1(|110〉+ |101〉)

}⇒

1

2

{|00〉(A0|0〉+ A1|1〉) + |01〉(A0|1〉+ A1|0〉)

+|10〉(A0|0〉 −A1|1〉) + |11〉(A0|1〉 −A1|0〉)}

Page 109: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

∣∣∣∣ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Alicja wykonuje pomiar na obydwu kubitachotrzymując, np. (11)2 = 3

1

2

{|00〉(A0|0〉+ A1|1〉) + |01〉(A0|1〉+ A1|0〉)

+|10〉(A0|0〉 −A1|1〉) + |11〉(A0|1〉 −A1|0〉)}

⇒|11〉(A0|1〉 −A1|0〉)

Page 110: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

∣∣∣∣ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

⟩(11)2

Alicja przekazuje Bolkowi otrzymany wynik, np.(11)2 = 3, kanałem klasycznym

|11〉(A0|1〉 −A1|0〉)

Page 111: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

∣∣∣∣ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Bolek, znając wynik Alicji, dokonuje odpowiedniejoperacji ( NOT θ ) na własnym kubicie odtwarzająckubit Alicji

|11〉(A0|1〉 −A1|0〉)

⇒|11〉(A0|0〉+ A1|1〉) = |11〉 ⊗ |φ〉

Page 112: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

∣∣∣∣ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Bolek, znając wynik Alicji, dokonuje odpowiedniejoperacji ( NOT θ ) na własnym kubicie odtwarzająckubit Alicji

|11〉(A0|1〉 −A1|0〉)

⇒|11〉(A0|0〉+ A1|1〉) = |11〉 ⊗ |φ〉

Teleportacja kwantowa!

Page 113: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Obwód kwantowy dla teleportacji

|Ψ〉 • H •

|0〉 H • ⊕ •

|0〉 ⊕ X Z |Ψ〉

Przygo-towaniestanuBella

OperacjenakubitachAlicji

PomiarynakubitachAlicji

Operacjewarun-kowe nakubicieBolka

Page 114: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

4.2 Teleportacja stanów fotonowych

Anton ZeilingerW 1997 roku, wspólnie zeswoimi współpracownikami,pokazał eksperymentalnie, żeteleportacja stanówfotonowych jest możliwa(Nature, 390, 575 (1997)).

Page 115: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

4.3 Teleportacja stanów atomowych

Rainer Blattwraz z grupą z Uniwersytetu wInnsbrucku, Austria, dokonałteleportacji stanów kwantowych jonówwapnia 40Ca+ w pułapce jonowej(Nature, 429, 734 (2004)).

Page 116: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

David Winelandwraz z grupą z NIST, Boulder,Kolorado, USA, dokonałteleportacji stanówkwantowych jonów berylu 9Be+

w pułapce jonowej (Nature,429, 737 (2004)).

Page 117: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Innsbruck

Page 118: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Schemat pułapki jonowej z Innsbrucku

Page 119: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Obraz trzech jonów w pułapce

Odległości pomiędzy jonami wynoszą 5 µm

Page 120: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Schemat teleportacji

Page 121: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

S1/2

P1/2

P3/2

D5/2

D3/2

|0〉

|1〉

393 nm

397 nm

729 nm

866 nm

854 nm

Poziomy jonu Ca+

Kubit:

|0〉 = D5/2(mJ = −1/2)

|1〉 = S1/2(mJ = −1/2)τ ≈ 1, 16 s

Page 122: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Obwód kwantowy dla teleportacji z Innsbrucku

|1〉 Uχ Zπ

2•

|1〉

B

• π

2 K K−1 •

|1〉 K K−1 π

2 Z X U−1

χ

Operacja B oznacza przygotowanie stanu BellaOperacja K ukrywa kubitOperacja Uχ tworzy nieznany stan ze stanu |1〉Operacje odwrotne oznaczone są jako K−1 i U−1

χ

Page 123: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Kilka danych

• Odległości pomiędzy jonami ∼ 5 µm

• Czas życia stanu Bella > 100 ms

• Czas trwania teleportacji < 2 ms

• Fidelity 73–76%

Page 124: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Wygląd pułapki jonowej z Innsbrucku

Page 125: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Serce pułapki jonowej z Innsbrucku

Page 126: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Machina teleportująca z Innsbrucku

Page 127: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Załoga teleportująca z Innsbrucku

Od lewej: Rainer Blatt, Daniel James, Hartmut Häfner, Christoph Becher,Ferdinand Schmidt-Kaler, Jan Benhelm, Tomo Körber, Gavin Lancaster,Christian Roos, Wolfgang Hänsel, Mark Riebe

Page 128: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Boulder

Page 129: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

54

3

21

ions in trap #4

ions in trap #2

RF electrodes

control electrodes

54

3

21

Separation, v.1

Initial Experiments: (Mary Rowe et al. ‘02)

5

3

1 gold-coatedalumina wafers

control electrodes2rf electrode

rf electrode

4

4

2

side slots~ 20 µm wide

bare aluminagold coating

wafer spacing

1

5

3

trap axis

1 cm

Schemat pułapki jonowej z NIST, Boulder

Page 130: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

100 µm

200 µmseparation zone

rf

rfdc

dc

view along axis:

Separation, v.2 six zone alumina/gold trap(Murray Barrett, et al.)

Pułapka jonowa z NIST, Boulder

Page 131: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

S1/2

P1/2

P3/2

|0〉

|1〉

Poziomy jonu Be+

Kubit:

|0〉 = S1/2(F = 1, m = −1)

|1〉 = S1/2(F = 2, m = −2)

Page 132: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Kilka danych

• Odległości pomiędzy jonami ∼ 3 µm

• Czas trwania teleportacji ∼ 4 ms

• Fidelity (średnia) 78%

• Jony można w dowolny sposób rozdzielać iprzesyłać pomiędzy sekcjami pułapki

Page 133: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Protokół teleportacji z NIST, Boulder, Kolorado(M.D. Barret et al., Nature, 429, 737 (2004))

Główne etapy

1 2 3 4 5 6 7 8

1. Przygotowanie

|Ψ0〉 =1√2

(|0〉1|1〉3 − |1〉1|0〉3

)⊗

(α|0〉2 + β|1〉2

)Jony numerowane są od lewej do prawej {1,2,3}.Teleportacja przenosi stan jonu 2 na jon 3.

Page 134: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Protokół teleportacji z NIST, Boulder, Kolorado(M.D. Barret et al., Nature, 429, 737 (2004))

Główne etapy

1 2 3 4 5 6 7 8

Echo spinowePomiędzy głównymi operacjami, jony przeniesione dosekcji 6 dostawały impulsy echa spinowegokompensujące zmiany fazy wywołane fluktuacjami polamagnetycznego. Tu dokonuje się separacji jonów.

Page 135: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Protokół teleportacji z NIST, Boulder, Kolorado(M.D. Barret et al., Nature, 429, 737 (2004))

Główne etapy

1 2 3 4 5 6 7 8

2. Bramka fazowa i rotacja na kubitach 1 i 2 (Alicja)

Page 136: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Protokół teleportacji z NIST, Boulder, Kolorado(M.D. Barret et al., Nature, 429, 737 (2004))

Główne etapy

1 2 3 4 5 6 7 8

Echo spinowe

Page 137: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Protokół teleportacji z NIST, Boulder, Kolorado(M.D. Barret et al., Nature, 429, 737 (2004))

Główne etapy

1 2 3 4 5 6 7 8

3. Pomiar na kubicie 1 (Alicja)

Page 138: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Protokół teleportacji z NIST, Boulder, Kolorado(M.D. Barret et al., Nature, 429, 737 (2004))

Główne etapy

1 2 3 4 5 6 7 8

Echo spinowe

Page 139: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Protokół teleportacji z NIST, Boulder, Kolorado(M.D. Barret et al., Nature, 429, 737 (2004))

Główne etapy

1 2 3 4 5 6 7 8

4. Pomiar na kubicie 2 (Alicja)

Page 140: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Protokół teleportacji z NIST, Boulder, Kolorado(M.D. Barret et al., Nature, 429, 737 (2004))

Główne etapy

1 2 3 4 5 6 7 8

Echo spinowe

Page 141: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Protokół teleportacji z NIST, Boulder, Kolorado(M.D. Barret et al., Nature, 429, 737 (2004))

Główne etapy

1 2 3 4 5 6 7 8

5. Operacje warunkowe na kubicie 3 (Bolek),które odtwarzają na jonie 3 stan z jonu 2, kończącteleportację.

Page 142: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Grupa badaczy z NIST, BoulderOd lewej: Joe Britton, Jim Bergquist, John Chiaverini, Windell Oskay,Marie Jensen, John Bollinger, Vladislav Gerginov, Taro Hasegawa,Carol Tanner, Wayne Itano, Jim Beall, David Wineland, Dietrich Leibfried,Chris Langer, Tobias Schaetz, John Jost, Roee Ozeri, Till Rosenband,Piet Schmidt, Brad Blakestad

Page 143: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Teleportacja

Page 144: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Teleportacja

Page 145: VII Festiwal Nauki i Sztukizon8.physd.amu.edu.pl/~tanas/teleportacja.pdfVII Festiwal Nauki i Sztuki na Wydziale Fizyki UAM Teleportacja stanów atomowych Ryszard Tanaś tanas 14 października

Dziękuję!