Виждали сме във филми за хора, които се телепортират от място А до място Б, без да преминават през физическото пространство, но дали това ще остане като научна фантастика завинаги? Човечеството възприема науката и технологиите както никога досега и нещата, които преди векове са били считани за измислица, се материализират. Дори учени и футуролози прогнозират, че човечеството може да стане безсмъртно в бъдеще. Така че има всички възможности хората да се телепортират от място А на място Б, поне след векове напред.
Учените са открили, че квантовите частици могат да се телепортират от А до Б, без да преминават през физическото пространство. Когато квантовите частици могат да се телепортират, хората също могат да се телепортират, тъй като градивните елементи на материята във Вселената са атомите. Квантовите частици могат да бъдат електрон / фотон / йон, които са градивни елементи на атом.
Теория за квантовата телепортация
Квантовата телепортация е квантов комуникационен протокол, при който изпращаме кубити с помощта на класически битове. Това е просто обръщане на супер плътно кодиране, при което изпращаме два класически бита, използвайки един кубит. Предимството на квантовата телепортация се крие в нейната способност да изпраща квантова информация на произволно големи разстояния, без да излага квантовите състояния на термична декохерентност от околната среда или други неблагоприятни ефекти.
Нека разгледаме, че Алис иска да изпрати кубит със състояние C на Боб. Тя се възползва от два класически бита и двойка заплетени кубити. Алис може да прехвърли кубит и в крайна сметка Боб ще има кубит със състояние C. Сега можем да кажем, че кубит C е телепортиран. Алиса вече няма да има кубита на състоянието C. Квантовата телепортация изисква три кубита и два класически бита за телепортиране на неизвестно квантово състояние. Можете да ми зададете въпрос, защо Алис не може да създаде копие на qubit състояние C? Отговорът е НЕ, защото не можете да създадете копие на състояние на кубит (в суперпозиция) според теоремата за липса на клониране. Можем да създадем копие само на класическите състояния. Алис и Боб трябва да използват трета страна, наречена също Теламон, за да им изпрати заплетена двойка кубити. По-долу са стъпките, включени в квантовата телепортация:
- Генериране на чифт заплетени кубити A, B и изпращане на A на Alice и B на Bob
- Алис прилага порта CNOT към кубита (A), контролиран от C, и след това тя прилага порта на Адамар към кубита C
- Алис измерва състоянието на кубитите и съхранява резултата в класическите битове и го изпраща на Боб
- Боб, който има заплетения кубит B, прилага квантови порти въз основа на получените битове.
00: Самоличност
01: Приложете 𝑋 врата
10: Приложете Z порта
11: Приложете 𝑍𝑋 врата
5. Използвайте квантов симулатор, за да тествате квантовата телепортация
Квантова телепортация с помощта на Qiskit
# Import the required libraries from qiskit import QuantumCircuit, Aer, execute from qiskit.visualization import plot_histogram # Create 3 qubits and 3 classical bits qc = QuantumCircuit(3, 3) # Assign NOT gate to qubit 0 qc.x(0) # Create a barrier qc.barrier() # Create a bell state by entangling the qubits 1 and 2 by using hadamard gate and CNOT gate qc.h(1) qc.cx(1, 2) # Create a barrier qc.barrier() # Create a plot of the circuit qc.draw(output="mpl")
# Apply CNOT gate to the qubit 0 qc.cx(0, 1) # Apply hadamard gate to circuit 0 qc.h(0) # create a barrier qc.barrier() # Create a plot qc.draw(output="mpl")
# Measure the qubits 0, 1 qc.measure([0, 1], [0, 1]) # Create a barrier qc.barrier() # Create a plot qc.draw(output="mpl")
# Apply CNOT gate on qubits 1, 2 qc.cx(1, 2) # Apply CNOT gate on qubits 0, 2 qc.cz(0, 2) # Measure the second qubit qc.measure([2], [2]) # Draw the circuit qc.draw(output="mpl")
# create a qasm simulator
backend = Aer.get_backend("qasm_simulator")
# Execute the circuit and the get counts
result = execute(qc, backend, shots=1024).result().get_counts(qc)
# plot the histogram
plot_histogram(result)
Можем да видим от горната хистограма, че има 100% шанс за измерване на кюбит B в състояние |1› (Погледнете най-левите битове по оста x). Можем да заключим, че квантовата телепортация работи добре.
По-долу е моята връзка към Github за примери за квантови изчисления, които съдържат единични qubit gates, multi qubit gates и квантов протокол като Teleportation и Super Dense Coding.
