Ogniwo kwantowej teleportacji energii

Dlaczego biblioteka to podpowiada

Zatrzymaj w pamięci rachunek: pomiar płaci, przewód niesie tylko wynik, a koniec odbiorczy nie może zebrać więcej, niż zapłacono. Poruszaj modelem i patrz, gdzie ten koniec się zatrzymuje.

Księga rachunkowa kwantowej teleportacji energii

Dwie komórki zajmują splątany stan podstawowy małego układu. Alicja mierzy swoją, a jej przyrząd za to płaci, bo lokalna operacja na stanie podstawowym może go tylko podnieść. Jeden klasyczny bit przechodzi do Boba nie szybciej niż światło, a operacja wybrana przez ten bit pozwala jego przyrządowi zebrać energię, która już leżała obok niego jako stłumiona fluktuacja. Trzymaj księgę otwartą, przesuwając parametry modelu, i patrz na jedyną rzecz, która nigdy się nie zdarza: żeby wyszło więcej, niż weszło.

Na co patrzeć

Księga dwóch komórekEnergia na komórkę w miarę dokładania komórek. Poglądowe — nie dane

• Zapłacone przy pomiarze
• Pułap: nigdy więcej, niż zapłacono

Odczyt

Parametr modelu h

1,5

Parametr modelu k

1,0

Powrót do opublikowanych parametrów

Zapłacone przy pomiarze:

1,25

Przechodzi jeden klasyczny bit:

1

Pułap: nigdy więcej, niż zapłacono:

1,25

Dostarczone przez wydane:

1,00

Odczyt: Zapłacone przy pomiarze: 1,25 w jednostce energii modelu. Przechodzi jeden klasyczny bit. Pułap: nigdy więcej, niż zapłacono: 1,25.

Dla h równego 1,5 i k równego 1 na ibmq jakarta człon sprzężenia po stronie Boba pokazuje minus 0,1079, czyli około 76 procent wartości dokładnej, i wychodzi ujemnie na każdej z sześciu użytych maszyn IBM. Ten ujemny odczyt jest całą obserwacją: lokalna energia zeszła poniżej poziomu stanu podstawowego.

Przekaz wyprzedza własną dynamikę układu. Alicja melduje w około dziesięć nanosekund wobec czasu sprzężenia rzędu stu, więc Bob ma swoją energię, zanim łańcuch zdążyłby mu cokolwiek donieść.

Niezależne powtórzenie użyło trzech jąder węgla 13 w kwasie krotonowym trans, na spektrometrze 700 megaherców w temperaturze pokojowej, i trwało czternaście milisekund wobec sprzężenia spinowego 1,16 herca — znacznie szybciej, niż energia przeszłaby przez cząsteczkę.

Na odległość protokół próżniowy jest ograniczony przez jeden przez dwanaście pi razy odstęp, bo obszar poniżej poziomu próżni po stronie Boba musi być podparty dodatnią energią w pobliżu. Umieść w przerwie ściśnięty stan próżni, a to podparcie zapewni sama przerwa, i spadek znika.

Odwróć tę samą maszynerię, a wkłada ona w jedną komórkę więcej energii, niż dopuszcza równy udział w całości — magazynowa połowa tej samej architektury.

Protokół jest w literaturze od 2008 roku i działał już na kubitach nadprzewodzących oraz na spinach jądrowych, a w obu przypadkach zmierzono, że energia po stronie odbiorczej schodzi poniżej poziomu stanu podstawowego.

Pomiar, który by to rozstrzygnął: energia dostarczona na komórkę odbiorczą i całkowita energia wydana na komórkę odbiorczą, obie wobec liczby komórek, na sprzęcie, który już istnieje. Pierwszy szczebel kosztuje tylko tyle, co zalogowanie się do publicznego komputera kwantowego.

Karty, które czyta ten przyrząd

• Hotta, protokół na łańcuchach spinowych, od którego się zaczęło (2008) (po angielsku)
• Hotta, informacja z pomiaru jako klucz do energii lokalnej próżni (2008) (po angielsku)
• Hotta, wprowadzający przegląd protokołu (2011) (po angielsku)
• Hotta, Matsumoto i Yusa, wersja bez ograniczenia odległości (2014) (po angielsku)
• Frey i współpracownicy, dokładne granice lokalnego pozyskiwania energii (2019) (po angielsku)
• Ikeda, demonstracja na sprzęcie nadprzewodzącym (2023)
• Rodríguez-Briones i współpracownicy, eksperyment na spinach jądrowych (2023)
• Hotta i Ikeda, protokół na odwrót jako bateria kwantowa (2025)

ibmq lima · ibmq jakarta · ibmq hanoi · ibm cairo · ibm auckland · ibmq montreal · 14 ms · 10 ns

Protokół Masahiro Hotty wyprowadza energię z fragmentu pola, który jej nie ma, używając pomiaru w jednym miejscu, klasycznej wiadomości i uwarunkowanej operacji w drugim (Quantum measurement information as a key to energy extraction from local vacuums, 2008). Kazuki Ikeda uruchomił go na sześciu maszynach IBM, jednej dostępnej publicznie za darmo, i zmierzył lokalną energię schodzącą poniżej poziomu stanu podstawowego (Demonstration of Quantum Energy Teleportation on Superconducting Quantum Hardware, 2023). Nayeli Rodríguez-Briones i współpracownicy zrobili to na trzech jądrach węgla w cząsteczce kwasu krotonowego w czternaście milisekund, znacznie szybciej, niż energia mogłaby przemierzyć cząsteczkę (Experimental Activation of Strong Local Passive States with Quantum Information, 2023). Dokładna granica tego, co potrafią czysto lokalne operacje — i fakt, że klasyczne wiadomości znów otwierają drzwi — jest wyznaczona w Fundamental Limitations to Local Energy Extraction in Quantum Systems (2019), a ograniczenie odległości, które trzymało protokół w skali milimetrowej, znika po umieszczeniu ściśniętej próżni w szczelinie (Quantum energy teleportation without a limit of distance, 2014).

Eksperyment albo budowa

Zacznij na publicznym komputerze kwantowym: obwód ma sześć bramek głębokości i jest darmowy do uruchomienia. Potem zbuduj wersję fizyczną — łańcuch nadprzewodzących kubitów albo wersję z magnetycznym rezonansem jądrowym na stołowym spektrometrze — i zamień to w pytanie inżynierskie, nie demonstrację: postaw wiele ogniw równolegle, zmierz energię dostarczoną na ogniwo i zmierz całkowitą energię zużytą na pomiar, sterowanie i kanał klasyczny. Pomiarem rozstrzygającym jest stosunek energii dostarczonej na końcu odbiorczym do całkowitej energii zużytej przez całą aparaturę, jako funkcja liczby ogniw. Nikt nie oczekuje, że ten stosunek przekroczy jeden; czego nikt nie opublikował, to jak ten stosunek się skaluje, a skalowanie jest całym pytaniem inżynierskim. Wynik towarzyszący pokazuje, że ten sam protokół uruchomiony wstecz wkłada więcej energii do jednego ogniwa baterii kwantowej, niż pozwala klasyczny udział (Exceeding the maximum classical energy density in fully charged quantum batteries, 2025), co jest połową magazynowania tej samej architektury.