Quantenteleportation[]

Quantenteleportation
Inhalt
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Teleportation
Verschränkung
Allgemeine Idee der Quantenteleportation
Theoretische Durchführung im Detail
Erfolgreiche Teleportationen
Praktische Bedeutung
Quellen
Teleportation - Prinzip
 Objekt scannen
 Information an Zielort senden
 Objekt aus Teilchen am Zielort nach Plan
zusammensetzen
 zu untersuchendes Objekt wird zerstört
 Maximal Lichtgeschwindigkeit
Analyse
Teilchenvorrat
Synthese
Quanten-Teleportation Probleme
ℎ
∆𝑥 ∗ ∆𝑝 ≥
2𝜋
 Heisenberg´sche Unschärferelation
Murmeln
Elektronen
Quanten-Teleportation Probleme
ℎ
∆𝑥 ∗ ∆𝑝 ≥
2𝜋
 Heisenberg´sche Unschärferelation
 Quantenobjekt durch Messung beeinflusst
Murmeln
 Superposition kollabiert
Elektronen bei Messung an einem Spalt
Idee zur Umgehung: Verschränkung
 Quantenwürfel
 Verschränkung:
 gemeinsamer Zustand von zwei oder mehr Teilchen
 Messung an einem legt instantan Zustand des anderen
fest
 Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) Paare
 Einstein: „spukhafte Fernwirkung“
Allgemeine Idee der QT
Alice
Relative
Polarisationsmessung
Horizontal
oder vertikal
polarisiert
Bob
1. Gleiche Polarisation
-> um 90° drehen
2. Unterschiedliche
Polarisation
-> B = X
Quelle von
verschränkten Teilchen:
Immer eines horizontal
und das andere damit
vertikal polarisiert
Folgen:
 Verschränkung von X mit A
 -> Bell-Zustandsmessung (BSM)
 Übertragung des Quantenzustands ist äquivalent zur
Übertragung des Teilchens selber
 Teleportieren ≠ Klonieren
(Verletzung von Heisenberg -> Nichtklonierungstheorem)
 Teleportation erst erfolgreich, wenn Information
herkömmlich von Alice zu Bob kommt (nicht schneller als c)
 Zustand von X ist übertragen worden ohne ihn zu kennen
-> Umgehung von Heisenberg
(Bestimmung aller Eigenschaften unmöglich)
(Teleportieren aller Eigenschaften möglich)
Theoretische Durchführung der QT
EPR-Paar erzeugen
 spontaneous parametric down conversion (SPDC)
 Einfallendes Photon in einen optisch nicht-linearen
Kristall zerfällt in zwei speziell verschränkte Photonen
UV-Laser
z.B. λ = 400nm
β-Bariumborat
Verschränktes Photonenpaar:
Beide haben keine eindeutig
definierte Polarisation aber
die Polarisationen sind immer
komplementär zueinander
z.B. beide λ = 800nm
Theoretische Durchführung der QT
Bell-Zustandsmessung
 Zweites EPR-Paar erzeugen
und D mit Detektor messen:
Wenn Signal, dann findet BSM statt
 C ist nach Durchgang durch Polarisator das Photon X,
welches in der BSM nun mit A verschränkt wird
 Wichtig: A und X gleichzeitig zur BSM
Polarisator
Spiegel
Messgerät
Theoretische Durchführung der QT
Bell-Zustandsmessung
 BSM verschränkt A mit X
(zwei bereits existierende unabhängige Photonen)
 Ununterscheidbare Photonen, exakt gleichzeitig -> Quanteninterferenz
Horizontal
oder Vertikal
Detektor
Halbdurchlässiger
Spiegel: 50% Chance für
Reflektion und 50%
Chance für Durchgang
auf beiden Seiten
Horizontal
oder Vertikal
Detektor
Theoretische Durchführung der QT
Bell-Zustandsmessung
Theoretische Durchführung der QT
Bell-Zustandsmessung
 Signal in beiden Detektoren: B hat gleichen
Quantenzustand wie X
 BSM: erfolgreiche Teleportation in 25% der Fälle
 Keine vollständiger Bell-Zustandsanalysator für alle
vier Fälle
 Schwierigkeiten beim Isolieren vor Umwelteinflüssen
Theoretische Durchführung der QT
Bell-Zustandsmessung
 Bestätigung der Theorie:
Messgeräte messen B und X, wenn beide Detektoren
der BSM ein Signal gaben, also bei erfolgreicher
Teleportation, ist X identisch mit B
Messgerät
Polarisator
Messgerät
Messgerät
Theoretische Durchführung der QT
Verschränkungsaustausch
 C wird nicht polarisiert, Superposition bleibt erhalten
 Nach BSM und erfolgreicher Teleportation ist Verschränkung mit D von C auf
B übergegangen
Detektor
BSM
Detektor
Spiegel
Praktische Durchführung der QT
Erfolge
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1998: Zeilinger: Verschränkungs-Teleportation
2003: Genf 2km
2004: verschränkte Ionen teleportiert
2004: 600m außerhalb eines Labors
2009: kontinuierliche Teleportation
2010: China 16 km
2012: China 97 km
2012: 143 km Teneriffa, La Palma
Praktische Durchführung der QT
La Palma - Teneriffa
 Mehr „überwundene“ Luft
zwischen Teneriffa und La Palma, als zwischen Erde
und geostationären Satelliten
Praktische Bedeutung
 Mit QT können Informationen oder Gegenstände
weiterhin nicht schneller als c transportiert werden
 Mit QT werden Quantenzustände übertragen ohne
dabei gemessen, also verändert zu werden
 Quantenrepeater
 Quantencomputer
 Quanteninternet
 Tieferes Verständnis unserer mysteriösen Quantenwelt
Quellen
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http://quantenphilosophie.de/docu/A_0029_Zeilinger_Quantenteleportation_2003.pdf
http://quantenphilosophie.de/docu/A_0029B_Zeilinger_Teleportation_143_2015.pdf
https://www.physik.uni-kl.de/agfleischhauer/dokuwiki/lib/exe/fetch.php?media=teaching:handout-huthmacher.pdf
http://homepages.physik.uni-muenchen.de/~milq/teleportation/tele5p01.html
http://homepages.physik.uni-muenchen.de/~milq/teleportation/iupages/Erzeugung.html
http://homepages.physik.uni-muenchen.de/~milq/teleportation/iupages/Rom%20und%20Innsbruck.html
https://www.youtube.com/watch?v=y3-PqH-qZKA#t=527.523993
https://www.youtube.com/watch?v=iehnYYJFkGc
https://www.youtube.com/watch?v=9bmJabWAj5s
https://de.wikipedia.org/wiki/Hong-Ou-Mandel-Effekt
https://de.wikipedia.org/wiki/Quantenteleportation
https://de.wikipedia.org/wiki/Quantenrepeater
https://books.google.de/books?id=frXWbIRNZsC&pg=PA74&lpg=PA74&dq=schr%C3%B6dinger+abschied+von+vorstellung+wie+weit+beschaffen+ist&source=bl&ots=64Nt
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