Проблема
Для более ясного понимания проблемы передачи квантовой информации, допустим, что Алиса имеет некоторую частицу с квантовым состоянием |Ψ|, и она хочет передать Бобу, находящемуся на некоторой дистанции, ту же частицу в том же состоянии. Ясно, что существует возможность послать Бобу частицу прямо. Но предположим, что канал сообщений между Алисой и Бобом не очень хорош для сохранения необходимой квантовой когерентности, или допустим, что передача займет слишком много времени и это явится причиной того, что |Ψ| обретет состояние более сложного или массивного объекта. Итак, каково должно быть стратегическое поведение Алисы и Боба?
Как отмечено выше, не существует таких измерений, которые могла бы провести Алиса по параметру |Ψ|, которые были бы достаточны для воссоздания их Бобу, поскольку состояние квантовой системы не может быть полностью детерминировано путем измерений. Квантовые системы так неуловимы, поскольку они могут быть в суперпозиции нескольких состояний в одно время. Измерение квантовой системы будет точным только в одном из этих состояний, и это будет одним из основных положений предлагаемой модели. Мы можем продемонстрировать это важное квантовое свойство, беря одиночный фотон, который может иметь горизонтальную или вертикальную поляризацию, помеченные состояниями |↔| и | |. Он даже может иметь поляризацию общей суперпозиции этих двух состояний. (1)
|Ψ|=α|↔|+β| |
где α и β есть два комплексных числа, удовлетворяющих |α|²+|β|²=1
Учитывая этот пример в более общем случае, мы можем заменять состояния |↔| и | | в уравнении (1) на |0| и |1| , которые соответствуют состояниям любой квантовой системы в режиме двух состояний. Суперпозиции |0| и |1| названы кубитами (qubits), они обладают важными новыми возможностями, введенными квантовой физикой в информационную науку [8].
Если фотон в состоянии |Ψ> проходит через поляризационный расщепитель пучка (устройство для отражения горизонтально или вертикально поляризованных фотонов), он будет найден в отраженном (переданном) луче с вероятностью |α|²(|β|²). Затем дифференцировку общего состояния |Ψ| можно прогнозировать как путь на |↔| , так и на путь | | в зависимости от измерения. Мы считаем, что законы квантовой механики, в особенности постулат (projection) прогноза такого рода, делает невозможным для Алисы точное измерение |↔|, т.е. невозможно получение всей информации, которая необходима для реконструкции состояния.
Концепция квантовой телепортации
Хотя постулат прогноза в квантовой механике кажется достаточным для попыток Алисы обеспечить правильный переход Боба в состояние |↔| (как эквивалент приема телепортационной информации от Алисы к Бобу (П.Г.)), однако, практически это стало возможным после работы Беннета и др. [1], которые смогли точно прогнозировать телепортацию состояния |↔| от Алисы к Бобу. В ходе телепортации Алиса будет разрушать (собственное? П.Г.) квантовое состояние в момент приема Бобом (нового П.Г.) квантового состояния (посланного ею? П.Г.), и в то же время ни Боб, ни Алиса не обладают точной информацией о состоянии |↔|. Ключевую роль в схеме телепортации играют дополнительные спутанные пары частиц, которыми вначале оперируют Алиса и Боб.
Предположим, частица 1, которую Алиса желает телепортировать, находится в состоянии
|Ψ|1=α|↔|1+β| |1 (Рис.1а), а спутанные пары частиц 2 и 3, которыми манипулируют Алиса и Боб, обладают состоянием (2)
|Ψ-|2 3=1/√2 |↔|2 | |3 – | |2 |↔|3
