Gratis kwantumtool · Niveau: 1ste bachelor en hoger
Kwantumteleportatie op twee manieren
Kies een toestand, kies wat Alice mat, en zie Bob eindigen met precies wat jij koos. Hetzelfde feit staat er twee keer.
Probeer dit op de tool hierboven
- Zet θ op 70° en φ op 40° en klik daarna alle vier de uitkomsten af. Bobs bol landt elke keer op die van Alice en de overeenkomst leest 1,00.
- Zet Bob voor de correctie aan en kies uitkomst 01. De twee bollen wijzen nu anders en de overeenkomst zakt, en dat zijn die twee klassieke bits die echt werk doen.
- Zet aan hoe waarschijnlijk elke uitkomst is. Alle vier staan op 25%, welke toestand je ook instelt, dus Alice leert niets over wat ze verstuurt.
Teleportatie brengt een onbekende qubittoestand van Alice naar Bob met één gedeeld verstrengeld paar en twee klassieke bits. Alice meet haar qubit samen met haar helft van het paar, krijgt willekeurig één van vier resultaten, en stuurt die twee bits naar Bob, die X, Z, allebei of niets toepast. Niets gaat sneller dan het licht, want Bobs qubit is onbruikbaar tot die bits aankomen, en Alice haar origineel wordt door haar eigen meting vernietigd.
De klassieke denkfout
De toestand springt naar Bob op het moment dat Alice meet.
Er verandert bij hem inderdaad meteen iets, maar hij kan er niets mee. Tot Alice haar twee bits aankomen kan hij niet zeggen welke van vier toestanden hij vasthoudt, en alle vier zien er identiek uit voor elke meting die hij kan doen. Die bits reizen op gewone manier aan gewone snelheid.
Wat er echt oversteekt
Geen deeltje. Bobs qubit verlaat zijn labo nooit, en het verstrengelde paar werd gedeeld voor iemand wist wat er verstuurd zou worden. Twee gewone klassieke bits maken de reis.
Zet de uitkomstkansen aan en alle vier staan op 25% voor elke inkomende toestand die je kan instellen. Alice leert niets over wat ze verstuurt, en daarom leert een afluisteraar die haar twee bits kopieert er evenmin iets uit.
De correctie doet echt werk
Kies uitkomst 01 en zet Bob voor de correctie aan. Zijn qubit is Alice haar toestand met een X erop, en de twee bollen wijzen zichtbaar anders. Zet de laag weer uit en de correctie laat hem precies landen.
Hier valt de lezing van ogenblikkelijke overdracht uit elkaar. Bob houdt echt iets vast op het moment dat Alice meet, en zonder haar twee bits kan hij niet zeggen welke van vier dingen het is.
Hetzelfde als een gebogen draad
Zet het diagram aan. Het verstrengelde paar is een beker, een draad die weggaat en terugkomt. Alice haar bell-meting is een deksel, een draad die dubbelvouwt. Samen vormen ze een zigzag: naar rechts, terug naar links, en dan weer vooruit naar Bob.
De regel die het bewijs afmaakt is dat een zigzag recht getrokken kan worden. Een draad met een knik erin is nog altijd een draad, dus wat er bij Bob uitkomt is wat er bij Alice inging. Als algebra is dat een bladzijde indexwerk. Als diagram is het één beweging.
Waarom dit geen kopiëren is
De no-cloningstelling zegt dat geen enkele bewerking een onbekende kwantumtoestand kan verdubbelen. Teleportatie blijft binnen die regel omdat Alice haar exemplaar weg is: haar meting heeft het vernietigd, en die vernietiging is meteen de reden dat het protocol mag bestaan.
Ga het na met de schuiven. Er zijn nooit twee qubits die dezelfde toestand dragen, en op het moment dat Bob hem heeft, heeft Alice hem niet.
Dit graag eens rustig uitgelegd?
Bekijk de tutors voor fysica en wiskunde, kies er een van wie de vakken bij je cursus passen, en boek eerst één uur.
Veelgestelde vragen
- Hoe werkt kwantumteleportatie?
- Alice en Bob delen vooraf een verstrengeld paar. Alice meet de qubit die ze wil versturen samen met haar helft van dat paar, wat willekeurig één van vier resultaten geeft en het origineel vernietigt. Ze stuurt die twee bits naar Bob, hij past de bijhorende correctie toe, en zijn helft wordt de toestand die Alice had.
- Verslaat teleportatie de lichtsnelheid?
- Nee. Bobs qubit zit in één van vier toestanden en hij kan niet zeggen welke tot Alice haar twee klassieke bits bij hem zijn, en die reizen niet sneller dan wat dan ook. Zonder die bits geeft elke meting die hij kan doen dezelfde statistiek, wat Alice ook verstuurde.
- Wordt er iets fysiek verplaatst?
- Er reist geen materie en geen energie tussen Alice en Bob tijdens het protocol. De deeltjes werden eerder samengebracht om verstrengeld te worden, en daarna gaan er alleen twee klassieke bits heen. Wat overgaat is de toestand, niet het ding dat hem draagt.
- Waarom wordt het origineel vernietigd?
- Omdat Alice het moet meten, en meten laat de toestand collaberen. Dat is meteen wat no-cloning overeind houdt: bleef het origineel bestaan, dan had je twee kopieën van een onbekende toestand, en dat laat de kwantummechanica niet toe.
Meer interactieve kwantumtools
- ZX-calculus spinnen →Smelt vier knopen samen tot één en zie de matrix weigeren te bewegen.
- Verstrengeling en de bell-test →Draai twee detectoren en zie de CHSH-waarde voorbij de klassieke grens van 2 klimmen.
- Kwantumpoorten en interferentie →Stapel poorten op een qubit en zie +0,5 en −0,5 samen op nul uitkomen.