¿Cómo es la teletransportación cuántica mejor que la transferencia regular de información?

Hay varias razones por las que la teletransportación cuántica es una forma útil de mover qubits, incluso si ya tiene un canal cuántico normal.

1. Reducción de latencia . Supongamos que el canal cuántico tiene un ancho de banda decente pero una alta latencia, por ejemplo, cajas de qubits colocadas en camiones que circulan por todo el país. Si Alice usa el camión para enviar un qubit a Bob, el mensaje tardará días en llegar. Pero si el camión está cargado con mitades de EPR, entonces el camión se puede enviar antes (o en un flujo constante de camiones) antes de que Alice sepa lo que enviará con esas mitades de EPR. Luego, mediante el uso de Internet clásico para enviar los resultados de medición necesarios para completar la teletransportación, los qubits se pueden enviar en decenas de milisegundos en lugar de días.

2. Recuperación de errores . Si Alice envía un qubit a Bob y algún ruido en el canal cuántico (p. ej., el camión lleno de qubits que cae por un precipicio) altera el mensaje, ese qubit desaparece. Muy mal muy triste. Pero, al realizar la teletransportación, los qubits que envías por el canal son solo mitades de EPR. Si uno se pierde, puedes hacer más. Solo sigue intentándolo hasta que una de las mitades de EPR logre atravesar el canal, luego úsalo para teletransportar el qubit realmente valioso.

3. Transmisión hacia atrás . Supongamos que el canal cuántico es unidireccional, por lo que Alice puede enviar qubits a Bob pero Bob no puede enviar qubits a Alice. No hay problema, solo use el canal para acumular enredos (enviando mitades de EPR) y luego utilícelos para impulsar la teletransportación de Bob a Alice. La teletransportación convierte cualquier mecanismo de creación de entrelazamiento (más un canal clásico, que tenemos gracias a internet) en un mecanismo de envío de qubits.

4. Computación Cuántica . Un montón de construcciones de puertas y esquemas de computación cuántica tolerantes a fallas usan teletransportación ligeramente modificada para aplicar operaciones (por ejemplo, lea https://arxiv.org/abs/1310.7290 ). Algunos diseños de computadoras cuánticas de trampa de iones utilizan la teletransportación para combinar pequeños módulos en una sola computadora más grande. Etc.

El aspecto clave que diferencia a la teletransportación cuántica de la transferencia clásica regular de información es que le permite a Alice enviar información a la que incluso ella no tiene acceso.

El problema surge porque los estados cuánticos son frágiles, y si solo tenemos una copia del sistema, es intrínsecamente imposible determinar exactamente el estado. Como ejemplo sencillo, puede intentar medir la posición de una partícula, pero eso destruirá el estado cuántico ("colapsará la función de onda") y no podrá medir su momento a menos que tenga otras copias del sistema. (Lo mismo se aplica a dos variables complementarias cualesquiera, como el giro a lo largo de dos ejes diferentes).

Ahora, supongamos que Alice tiene una copia de algún sistema cuántico en algún estado definido y Bob quiere realizar algún procedimiento que lo involucre. Si Alice tuviera muchas copias del estado, podría realizarles una tomografía cuántica de estado, descubrir todo lo que hay que saber sobre el estado y luego enviárselo a Bob a través de canales clásicos para que él pudiera recrear el estado. Sin embargo, dado que solo tiene una copia, esa ruta no está disponible.

Aquí es donde entra en juego la teletransportación cuántica: te permite enviar el estado cuántico completo a Bob, superposiciones y enredos incluidos, sin necesidad de medir nada. Y eso es algo que ningún protocolo clásico puede hacer.

Para obtener más información, el mejor lugar para ir es probablemente este fantástico explicador de física de minutos:

Puede enviar información a través de un canal clásico que contiene 1 bit de información, pero cuando Bob lo recibe, de alguna manera tiene 2 bits de información. Este es el proceso de codificación superdensa : enviar 1 bit de información que en realidad contiene dos bits de información. El proceso de teletransportación cuántica no es tan sencillo ya que implica pasos adicionales para que Bob descubra cuál fue el estado que obtuvo Alice (Bob tiene que aplicar algunos operadores unitarios en su estado). De hecho, la teletransportación cuántica parece tener una funcionalidad extraña. Pero tenga en cuenta que al usar "procesos clásicos" no puede hacer una codificación superdensa.

Hay algunos artículos interesantes de Iulia Ghiu (creo que en Phys Rev A) donde explica todos los tipos de teletransportación cuántica (uno a uno, uno a muchos y muchos a muchos). ¡Quizás esos te ayuden!