Alice teleportiert ein Qubit

Bei der Übertragung einer Nachricht mit Quantenteleportation werden zwei Qubits von Alice und Bob mit Hilfe eines dritten Vermittlerqubits in einen zufälligen, aber quantenphysikalisch miteinander verschränkten Zustand versetzt. In Experimenten zur Quantenkommunikation ist dieses Vermittlerqubit ein verschränktes Photonenpaar. Je ein Photon des Paars wird an Alice und Bob geschickt, die dann ihr Qubit mit dem Zustand ihres Photons verschränken können. Alice muss diesen zufälligen Zustand ihres Qubits anschließend messen und Bob mitteilen.

Stellenmarkt
  1. Softwareentwickler GUI / Softwareingenieur GUI (m/w/d)
    M&C TechGroup Germany GmbH, Ratingen (nahe Düsseldorf)
  2. Digital Analyst - Schwerpunkt Redaktion (d/m/w)
    RND RedaktionsNetzwerk Deutschland GmbH, Hannover
Detailsuche

Das Ergebnis dieser Messung ist zwar zufällig, aber wegen der Verschränkung der Qubits miteinander kann Bob zusammen mit dem Messergebnis von Alice jetzt herausfinden, wie er aus dem Zustand seines Qubits den ursprünglichen Zustand des Qubits von Alice rekonstruieren kann. Dabei muss Alice nie verraten, welche Information sie übertragen wollte. Denn die zur Rekonstruktion nötigen Informationen sind äußerlich völlig zufällige Bits.

Für die Quantenteleportation kommen zwei Bauteile zum Einsatz, die auch zur Konstruktion eines Quantencomputers benötigt werden: Das Hadamard-Gatter und das CNOT-Gatter. Außerdem sind drei Qubits nötig. Ein Qubit hat zunächst die Nachricht von Alice. Ein weiteres Qubit hat Bob, der es in den Zustand des Qubits von Alice versetzen will, um ihre Nachricht lesen zu können. Das dritte ist das Vermittlerqubit. Es kann zwischen Alice und Bob übertragen werden, um die anderen beiden Qubits zu verschränken. Es kann aber auch ein verschränktes Photonenpaar sein, mit dessen Hilfe die beiden Qubits miteinander verschränkt werden.

Alice und Bob bereiten die Teleportation vor

Um eine Nachricht zu übertragen, versetzt Alice zunächst ihr Qubit in den Zustand, den sie übertragen will. Also einen, in dem immer eine Null oder eine Eins gemessen wird. Um empfangsbereit zu sein, hat Bob sein Qubit zuvor schon in einen definierten Null-Zustand versetzt.

Golem Akademie
  1. Data Engineering mit Apache Spark: virtueller Zwei-Tage-Workshop
    , Default Title
  2. C++ Programmierung Basics: virtueller Fünf-Tage-Workshop
    13.–17. Dezember 2021, virtuell
Weitere IT-Trainings

In einem Quantencomputer würde jetzt das vermittelnde Qubit mit einem Hadamard-Gatter in einen Zustand versetzt, in dem es eine 50-Prozent-Chance hat, im Zustand Null oder im Zustand Eins gemessen zu werden. Ein verschränktes Photonenpaar hat diese Eigenschaft schon bei seiner Entstehung. Damit erfüllt das Qubit oder das Photonenpaar die gleiche Rolle wie das One-Time-Pad im letzten Beispiel.

Als nächstes verschränken Alice und Bob ihre beiden Qubits über ein CNOT-Gatter mit ihrer Hälfte des verschränkten Photonenpaars. Oder Bob verschränkt erst sein Qubit über ein CNOT-Gatter mit dem Vermittlerqubit und schickt es anschließend zurück, damit Alice ihr Qubit mit dem Vermittlerqubit verschränken kann.

Falls das Vermittlerqubit im Zustand Eins war, wird Bobs Qubit durch die Verschränkung in den Zustand Eins versetzt. Wenn nicht, dann bleibt es im Zustand Null. Ohne eine Messung kann niemand herausfinden, was passiert ist. Aber die Messung würde den Zustand des Vermittlerqubits stören, und noch sind keine Informationen übertragen worden.

Das Vermittlerqubit ist nur von außen zufällig

Das Vermittlerqubit ist von Anfang an absichtlich in einem unbestimmbaren Zustand, der einen zufälligen Messwert ergeben würde. Trotzdem wird es benutzt, um die anderen Qubits mit CNOT-Gattern zu verschränken. Sollte sich das Vermittlerqubit im Zustand Eins befunden haben, dann kehrt das CNOT-Gatter den Zustand des anderen Qubits um. Sonst nicht.

Das erscheint zunächst etwas merkwürdig. Wenn der Messwert des Vermittlerqubits mit Absicht rein zufällig ist, was bringt es also, seinen Zustand umzukehren? Tatsächlich ist das Vermittlerqubit anfangs in einem genau definierten Zustand, der mit einem Plus oder Minus bezeichnet wird und sich auch umkehren lässt. Allerdings haben sowohl Plus als auch Minus die Eigenschaft, dass ihre Messwerte rein zufällig entweder Null oder Eins ergeben.

Das Vermittlerqubit ist also in einem Zustand, der nur von außen nicht messbar ist, aber durch die Verschränkung trotzdem Informationen in sich tragen kann.

Bitte aktivieren Sie Javascript.
Oder nutzen Sie das Golem-pur-Angebot
und lesen Golem.de
  • ohne Werbung
  • mit ausgeschaltetem Javascript
  • mit RSS-Volltext-Feed
 Qubits teleportieren: So funktioniert Quantenkommunikation per SatellitTeleportation geht nur mit Lichtgeschwindigkeit 
  1.  
  2. 1
  3. 2
  4. 3
  5.  


gfa-g 13. Jan 2018

Stimmt so nicht. Wenn zwei Teilchen verschränkt sind, nimmt das eine Teilchen nicht...

brutos 21. Jun 2017

Google mal nach dem Pionier: https://futurezone.at/science/quantenphysiker-anton...

Frank... 19. Jun 2017

Nö. Die beiden verschränkten Photonen können von sonstwoher kommen. Zum Beispiel einem...



Aktuell auf der Startseite von Golem.de
CoreELEC/LibreELEC
Smart-TV mal anders

Eine TV-Box Marke Eigenbau bringt Spaß und Gewissheit über unsere Daten. Die Linux-Distributionen CoreELEC und LibreELEC eignen sich da besonders.
Eine Anleitung von Sebastian Hammer

CoreELEC/LibreELEC: Smart-TV mal anders
Artikel
  1. Softwarepatent: Uraltpatent könnte Microsoft Millionen kosten
    Softwarepatent
    Uraltpatent könnte Microsoft Millionen kosten

    Microsoft hat eine Klage um ein Software-Patent vor dem BGH verloren. Das Patent beschreibt Grundlagentechnik und könnte zahlreiche weitere Cloud-Anbieter betreffen.
    Ein Bericht von Stefan Krempl

  2. Canon, Samsung, Amazon, Sonos: Alibaba geht auf Expansionskurs
    Canon, Samsung, Amazon, Sonos
    Alibaba geht auf Expansionskurs

    Sonst noch was? Was am 7. Dezember 2021 neben den großen Meldungen sonst noch passiert ist, in aller Kürze.

  3. Krypto: Angeblicher Nakamoto darf 1,1 Millionen Bitcoin behalten
    Krypto
    Angeblicher Nakamoto darf 1,1 Millionen Bitcoin behalten

    Ein Gericht hat entschieden, dass Craig Wright der Familie seines Geschäftspartners keine Bitcoins schuldet - kommt jetzt der Beweis, dass er Satoshi Nakamoto ist?

Du willst dich mit Golem.de beruflich verändern oder weiterbilden?
Zum Stellenmarkt
Zur Akademie
Zum Coaching
  • Schnäppchen, Rabatte und Top-Angebote
    Die besten Deals des Tages
    Daily Deals • Kingston PCIe-SSD 1TB 69,90€ & 2TB 174,90€ • Samsung Smartphones & Watches günstiger • Saturn-Advent: Xiaomi Redmi Note 9 Pro 128GB 199€ • Alternate (u. a. Razer Opus Gaming-Headset 69,99€) • Release heute: Halo Infinite 68,99€ • MM-Aktion: 3 Spiele kaufen, nur 2 bezahlen [Werbung]
    •  /