量子もつれの交換

量子エンタングルメントスワッピングは、新しい粒子がこれまで一度も相互作用したことがない場合でも、 1 組の粒子から別の粒子にエンタングルメントを拡張する量子力学の概念です。このプロセスは、量子通信ネットワークや量子コンピューティングに応用できる可能性があります。

量子エンタングルメントスワッピングには、(A, B)、(C, D)、(E, F)の3組のエンタングルメント粒子があります。粒子AとBは、粒子CとDと同様に、最初はエンタングルメントされています。各ペアの1つの粒子（BとCと呼びます）が、ベル状態の1つに投影されます。このプロセスはベル状態測定と呼ばれます。測定されていない粒子（AとD）はエンタングルメントになる可能性があります。これは、それらの間の直接的な相互作用がなくても発生します。^{[1] [2]}

エンタングルメントスワッピングは、3成分グリーンバーガー・ホーン・ツァイリンガー状態の一種である。エンタングルメントスワッピングを実証する実験装置は、エンタングルメントを説明するために設計された思考実験モデルであるメルミンの装置の3粒子形式に相当する。^[3]

エンタングルメントスワッピングは量子テレポーテーションの一種である。量子テレポーテーションでは、量子チャネルと古典チャネルの組み合わせを使用して、粒子の未知の状態をある場所から別の場所に送信することができる。未知の状態はアリスによってベル状態に投影され、その結果は古典チャネルを通じてボブに伝えられる。^[4]エンタングルメントスワッピングでは、2つのソースのうちの1つの状態がテレポーテーションの量子チャネルであり、もう1つのソースの状態がボブに送信される未知の状態である。^{[5] : 876}

スワッピングプロセスの数学的表現は次の通りである: ^{[5] : 876}

$${\displaystyle \left|\psi \right\rangle _{AB}\otimes \left|\psi \right\rangle _{CD}\xrightarrow {{\text{BSM}}_{BC}} \left|\psi \right\rangle _{AD}}$$

この表現では、はX粒子とY粒子のエンタングルメント状態を指し、BSMはベル状態測定を示します。ベル状態は、最大のエンタングルメントを持つ2つの粒子を表す4つの特定の状態のうちの1つです。ベル状態測定は、この基底セットに量子状態を投影します。^{[6] : 813}${\displaystyle \left|\psi \right\rangle _{XY}}$

量子暗号の分野では、通信チャネルのセキュリティ強化に役立ちます。粒子のペア間のエンタングルメントの交換を利用することで、盗聴から保護される安全な暗号鍵を生成することができます。^[7]

量子エンタングルメントスワッピングは、量子コンピュータや通信ポイントなどの多くのノードがエンタングルメントリンクによって作られた特別な接続を介してリンクする量子ネットワークを設計するための中核技術としても機能します。これらのネットワークは、長距離にわたって量子情報を安全に転送することをサポートする可能性があります。^[8]

量子エンタングルメントスワッピングは、量子中継器の構築を可能にし、エンタングルメントを長距離で共有できるようにすることで、量子通信ネットワークを拡張できる可能性があります。特定のポイントでエンタングルメントスワッピングを実行すると、情報を損失なく中継するのと同じ働きをします。^{[9] [10]}

• 1992年：ユルケとストーラーは、エンタングルメントは最終的に測定される粒子の相互作用を必要としないことを理論的に示した。^{[3] [5] : 876  [6] :  786}
• 1993年：「エンタングルメントスワッピング」という用語は、物理学者のマレク・ズコウスキー、アントン・ツァイリンガー、マイケル・A・ホーン、アルトゥール・K・エケルトが1993年の論文で提唱したものです。彼らはこの概念を洗練させ、ベル状態測定と呼ばれる方法を使用して、ある粒子ペアから別の粒子ペアにエンタングルメントを拡張できることを示しました。^[11]
• 1998年：アントン・ツァイリンガーのグループに所属するジャンウェイ・パンが、エンタングルメント交換に関する最初の実験を行った。彼らは、エンタングルメント光子を使用して、相互作用しないペア間でエンタングルメントを転送することに成功した。^[2]
• 2000 年代: その後の実験ではこれをさらに進め、より長い距離とより複雑な量子状態で機能するようになりました。^[要出典]

• Nielsen, MA; Chuang, I L. (2000).量子計算と量子情報.ケンブリッジ大学出版局. ISBN 978-1-107-00217-3. OCLC  844974180.
• Bouwmeester, D.; Ekert, A.; Zeilinger, A. (2000).量子情報の物理学: 量子暗号、量子テレポーテーション、量子計算。Springer。doi :10.1007 / 978-3-662-04209-0。ISBN 978-3-540-66778-0。

• 「量子もつれと情報」。量子もつれ。スタンフォード哲学百科事典。スタンフォード大学形而上学研究室。2023年。
• 「量子通信とエンタングルメントスワッピング」。Physics World。