QUANTENTELEPORTATION. von Matthias Wiecha und Marc Hanefeld

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Judith Kerner
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2 2 Gliederung Relevante Grundlagen aus der Quantenmechanik Teleportations-Protokoll Experimentelle Umsetzung Ausblick

3 3 Relevante Grundlagen der QM Verschränkung Die Bell-Zustände: Φ + = A 0 B + 1 A 1 B Φ = A 0 B 1 A 1 B Ψ + = A 1 B + 1 A 0 B Ψ = A 1 B 1 A 0 B

4 4 Teleportations-Protokoll C A B Experimental quantum teleportation, Dik Bouwmeester et al, Nature vol. 390, 11 December 1997

5 5 Teleportations-Protokoll Was brauchen Alice und Bob vor der Teleportation? Φ + AB = A 0 B + 1 A 1 B Ψ C = 0 C + 1 C, C Gesamtzustand A, B, C: Φ + AB Ψ C = A 0 B + 1 A 1 B ( 0 C + 1 C )

6 6 Teleportations-Protokoll Hilfreiche Identitäten: 0 0 = 1 2 ( Φ+ + Φ ) 1 1 = 1 2 ( Φ+ Φ ) 0 1 = 1 2 ( Ψ+ + Ψ ) 1 0 = 1 2 ( Ψ+ Ψ )

7 7 Teleportations-Protokoll Gesamtzustand A, B, C: Φ + AB Ψ C = A 0 B + 1 A 1 B ( 0 C + 1 C ) = 1 [ 2 Φ+ AC ( 0 B + 1 B ) + Φ AC ( 0 B 1 B ) + Ψ + AC ( 0 B + 1 B ) + Ψ AC ( 0 B 1 B )]

8 8 Teleportations-Protokoll Bell-Messung an A und C durch Alice: Zustand B: Φ + AC ( 0 B + 1 B ) Φ AC ( 0 B 1 B ) Ψ + AC ( 0 B + 1 B ) Ψ AC ( 0 B 1 B )

9 9 Teleportations-Protokoll Rekonstruktion des ursprünglichen Zustandes durch Bob: Zur Erinnerung: Ψ C = 0 C + 1 C Zustand AC von Alice: Φ + AC Φ AC Ψ + AC Ψ AC Zustand B von Bob:

10 10 Teleportations-Protokoll Rekonstruktion des ursprünglichen Zustandes durch Bob: Zur Erinnerung: Ψ C = 0 C + 1 C Zustand AC von Alice: Φ + AC Φ AC Ψ + AC Ψ AC Zustand B von Bob: = = =

11 11 Teleportations-Protokoll Zustand C kann völlig unbekannt sein Nur Zustand teleportiert kein Materie/Energie-Transfer No-Clone-Theorem nicht verletzt Klassischer und quantenmechanischer Kanal Kompatibel mit spezieller Relativitätstheorie

12 12 Teleportations-Protokoll C A B Experimental quantum teleportation, Dik Bouwmeester et al, Nature vol. 390, 11 December 1997

13 13 Experimentelle Umsetzung mit Photonen Produktion eines verschränkten Zustands: Parametrische Fluoreszenz Verschränkung durch Strahlteiler Photonen müssen ununterscheidbar sein Nachweis der Teleportation Aber: Durch diese Methode nur ein Bell-Zustand nachweisbar zu teleportieren Experimental quantum teleportation, Dik Bouwmeester et al, Nature vol. 390, 11 December 1997

14 14 Experimenteller Aufbau für Photonen Experimental quantum teleportation, Dik Bouwmeester et al, Nature vol. 390, 11 December 1997

15 15 Experimentelle Umsetzung mit Photonen Produktion eines verschränkten Zustands: Parametrische Fluoreszenz Verschränkung durch Strahlteiler Photonen müssen ununterscheidbar sein Nachweis der Teleportation Aber: Durch diese Methode nur ein Bell-Zustand nachweisbar zu teleportieren Experimental quantum teleportation, Dik Bouwmeester et al, Nature vol. 390, 11 December 1997

16 16 Weitere Experimente Teleportation von Atomen bei allen Zustände Teleportation von Photonen über lange Distanzen Tauschen der Verschränkung zwischen Paaren Herbst, Zeilinger et al., Teleportation of entanglement over 143 km,

17 17 Ausblick Übertragung von fragilen Zuständen über große Distanzen Informationen über kurzlebige Zustände auf langlebige übertragen Idee des weltweiten Quantum Computing durch ein Quantum Internet

18 18 Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit

19 19 Quellen Bennett, C.H. et al. Teleporting an unknown quantum state via dual classic and Einstein-Podolsky-Rosen channels. Phys. Rev. Lett. 70, (1993) Bouwmeester, D. et al. Experimental quantum teleportation. Nature 390, (1997) Laloë, F. Do we really understand quantum mechanics? Strange correlations, para- doxes, and theorems. Am. J. Phys. Vol. 69, No (2001) Riebe, M. et al. Teleportation with atoms. Nature Vol. 429 (2004) Herbst, Zeilinger et al., Teleportation of entanglement over 143 km, (Stand: )

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