着重介绍其中一种用于实现量子隐态通信的量子线路
如图中所表示的部分,下面两个已知道的状态为KaTeX parse error: Undefined control sequence: \ket at position 1: \?k?e?t?{\psi}其中一个经过一个Hadamard门之后两个比特再经过一个CNOT门作用得到的状态称之为Bell态或者也叫EPR态
Bell态一共有四种情况 KaTeX parse error: Undefined control sequence: \ket at position 2: \?k?e?t?{\beta_{00}}=\f…
量子通信的过程就是通过将需要传输的量子比特和EPR态进行相互作用
这里是将Bell态KaTeX parse error: Undefined control sequence: \ket at position 1: \?k?e?t?{\beta_{00}}与待传递的量子比特KaTeX parse error: Undefined control sequence: \ket at position 1: \?k?e?t?{\psi}=\alpha\k…进行相互作用从而实现量子通信。在第一次经过CNOT门的作用之后得到的我们称之为KaTeX parse error: Undefined control sequence: \ket at position 1: \?k?e?t?{\psi_{0}}, 满足如下的表达式KaTeX parse error: Undefined control sequence: \ket at position 1: \?k?e?t?{\psi_{0}}=\ket….我们规定图中的前面两个量子比特是Alice的,最后把一个量子比特是Bob的(两个人手上的量子比特有一个是来自同一个EPR态)。
Alice将EPR态的量子比特和她手上的另外一个量子比特进行相互作用,现在我们可以说形成了一个三个量子比特构成的系统,我们将目前得到的量子比特系统记为KaTeX parse error: Undefined control sequence: \ket at position 1: \?k?e?t?{\psi_{1}}, 其中得到的量子系统可以有以下的表达式进行表示 KaTeX parse error: Undefined control sequence: \ket at position 2: \?k?e?t?{\psi_{1}}=\fra…
对于这个量子态进行操作之后再将第一个量子通过一个Hadamard门,之后得到下一个量子态可以采用如下的表达式进行表示 KaTeX parse error: Undefined control sequence: \ket at position 2: \?k?e?t?{\psi_{1}}=\fra…
我们可以看到其中的第一项就是KaTeX parse error: Undefined control sequence: \ket at position 1: \?k?e?t?{\psi}最初的状态,也就意味着如果这时候Alice进行测试得到的结果是00,那么Bob手上的量子比特就是处在KaTeX parse error: Undefined control sequence: \ket at position 1: \?k?e?t?\psi的状态当中。
同样根据Alice的其他测量结果,那么Bob就可以知道量子的状态,这样Bob可以采用相应的门对于量子进行恢复从而得到Alice传输的信息,从而完成一次量子通信。
看到这里就要来讲一讲物理学历史。这一套东西是怎么来的呢,言简意赅说,这套技术应该可以说就是神仙打架的结果。爱因斯坦一生当中一直是很不喜欢量子力学的,他接受不了量子力学说什么什么都是概率的说法,所以他告诉波尔“上帝不掷骰子!”,波尔的哥本哈根学派以及后来的狄拉克等一众大牛则一次又一次告诉爱因斯坦“不要指挥上帝怎么做”。科学家吵架可不能像泼妇骂街一样喷垃圾话,是要摆事实讲道理的。于是爱因斯坦为了扳倒量子力学拿出了他一生当中最擅长的事情,做思维实验。他假设有两个纠缠过的量子,现在将这两个量子分开的很远,其中一个发生了变化,那么另外一个也会由于量子纠缠的作用出现相应的变化,那么这个是超过光速的。我们知道相对论有一条最基本的推理“任何物体的速度都不可以超过光速”,于是这和相对论是矛盾的,貌似量子力学就这样出现了问题。于是爱因斯坦拉上他的助手罗森和另外一篇大佬一起发了一篇论文,提出了著名的EPR佯谬,EPR这三个字母就是爱因斯坦、波多尔斯基、罗森三个人姓氏首字母。
但是爱因斯坦对了吗?爱因斯坦错了。量子力学当中一个很让人费解但是很重要的概念之一就是观测,量子的叠加态对于我们来说至少目前来说是没有利用价值的。从刚才我们介绍量子信息传递的过程当中有一个很重要的过程就是Alice要利用经典比特传递出测量的结果,这样Bob才能采用相应的门对于手上的量子进行还原。那么经典比特要用什么传递呢?从目前人类所能想象到的最快的传递方式也就是电磁波,所以这个信息传递的最快速度还是被限制在了光速之内,量子信息的传递并不违反相对论。
但是不得不来吹一波爱因斯坦,绝对是人类历史上最伟大的物理学家,一个人连犯错误的时候都能推动一门学科的产生、发展、进步,人类历史上除去爱因斯坦可能再也难找出来第二个。删除线格式
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