DE102006005140A1

DE102006005140A1 - Quantum mechanical information superpositions e.g. macroqubits, transmitting method for use in e.g. cryptographic problem processing, involves preparing particle groups for transmission, where groups are entangled in pairs

Info

Publication number: DE102006005140A1
Application number: DE102006005140A
Authority: DE
Inventors: Maik Winterstein
Original assignee: Winterstein Maik 01309 Dresden
Current assignee: Winterstein Maik 01309 Dresden
Priority date: 2006-02-04
Filing date: 2006-02-04
Publication date: 2007-11-29

Abstract

The method involves preparing particle groups for transmission, where the groups are entangled in pairs over a concluding product. Information superpositions are externally reproduced on amplitudes and physical parameters during the preparing process. The status of the physical parameters is determined with respect to a power of a physical system, and is realized with entangled photons. An independent claim is also included for a device for transmitting quantum mechanical information superpositions e.g. macroqubits, between spatial time areas.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (DFI) zur Quantenkommunikation zwischen dem, im Sinne der speziellen Relativitätstheorie, durch den Lichtkegel zum Weltereignis P_χ abgeschlossenen, lokal-dekohärenten Raumzeitbereich U(P_χ) und der Schnittmenge M/U(P_χ).The invention relates to a method (DFI) for quantum communication between the, in the sense of the special theory of relativity, by the light cone to world event P _χ completed, locally-decoherent space-time domain U (P _χ ) and the intersection M / U (P _χ ).

M repräsentiert die gesamte Minkowski-Raumzeit und P_χ symbolisiert das Weltereignis Quantenmessung am Zustand χ bezüglich einer beliebigen n > 1 dimensionalen Hilbertraumbasis.M represents the entire Minkowski spacetime and P _χ symbolizes the world event quantum measurement at state χ with respect to an arbitrary n> 1 dimensional Hilbert space basis.

Das neue Verfahren ist nach dem Stand der Technik praktisch umsetzbar und bildet die Basis eines neuen Konzepts zur quantenparallelen Datenverarbeitung, dass ebenfalls Teil der Erfindung ist.The new method is practicable according to the prior art and forms the basis of a new concept for quantum parallel Data processing, which is also part of the invention.

Kennzeichnend für die Erfindung sind die Neuerungen gegenüber dem aktuellen Stand der Quanteninformationstechnologie, die wesentlich auf der kausalen Struktur der Minkowski-Raumzeit aufbauen und sich den natürlichen Abschluss von Quantensuperpositionen durch Lichtkegel bezüglich einzelner Dekohärenz-Weltereignisse zu Nutzen machen.characteristic for the Invention are the innovations over the current state of Quantum information technology that is essential to the causal Structure of the Minkowski space-time build up and the natural Conclusion of quantum superpositions by light cone with respect to individual Decoherence-World Events to benefit.

Neu ist, dass nichtlokale Quantenkommunikation zwischen den oben erwähnten Raumzeitbereichen U(P_χ) und M/U(P_χ) über ein Schema abläuft, das die Kohärenzqualität eines Qubit Ensembles mit den binären Einheiten 0 und 1 verknüpft und diesbezüglich ein, über den Abschluss δU(P_χ) hinweg, nichtlokaler Schalter über ein paarweise verschränktes Qubit Ensemble realisiert wird.What is new is that non-local quantum communication between the above-mentioned space-time domains U (P _χ ) and M / U (P _χ ) proceeds via a scheme that combines the coherence quality of a qubit ensemble with the binary units 0 and 1 and, in this regard, on the conclusion δU (P _χ ), non-local switch is realized via a pairwise entangled qubit ensemble.

Sinn und Ziel des DFI-Verfahrens besteht darin, eine Vorrichtung basierend auf dem aktuellen Stand der Technik zu entwerfen, die es erlaubt so genannte nichtpolynominale Probleme, in vertretbarer Zeit zu lösen. In dem vorliegenden Dokument wird explizit der Aufbau eines DFI-Systems beschrieben, das in der Lage, ist einen 256-Bit Schlüsselraum vollständig in weniger als einer Sekunde zu durchsuchen.sense and objective of the DFI method is to provide a device based to design state-of-the-art technology that allows it so-called nonpolynominale problems, in a reasonable time too to solve. In the present document is explicitly the structure of a DFI system described that is capable of a 256-bit key space Completely in less than a second to search.

Motiviert durch die Frage – Ist der Quantenformalismus universell oder existiert ein Schnitt zwischen Nano- und Makrokosmos? – entstand die Idee zum neuen Verfahren.Motivated through the question - is the quantum formalism universal or exists a cut between nano- and macrocosm? - originated the idea for the new procedure.

Bis heute ist die Frage nach der Bedeutung von Quantensuperpositionen im Bereich makroskopischer Vielteilchensysteme nicht endgültig geklärt.To Today the question is about the meaning of quantum superpositions in the field of macroscopic many particle systems not finally clarified.

In den 1920er Jahren, wurde eine Debatte von Heisenberg und Bohr initiiert, die sich genau mit dieser Problematik auseinander setzt.In the 1920s, a debate was initiated by Heisenberg and Bohr, which deals exactly with this problem.

Damals gipfelten die Überlegungen in der Entwicklung eines Axiom-Systems, mit dessen Hilfe man eine große Bandbreite physikalischer Phänomene im Rahmen der Quantentheorie beschreiben kann. Die Axiome, bekannt unter dem Begriff Kopenhagener Interpretation (KI), bilden die Grundlage der nichtrelativistischen quantenmechanischen Messtheorie. Aufgrund dessen, dass die KI auf dem Newtonschen Raumzeitkonzept beruht, stellen Postulate, die mit der so genannten Zustandsreduktion einhergehen, kein Problem dar. Sie sind Galilei-Invariant formuliert. Nun ist die Raumzeit aber nicht newtonsch, sondern pseudoeuklidisch (Minkowski) oder weiterführend pseudoriemannsch (Einstein).Back then culminated the reflections in the development of an axiom system with the help of which one size Bandwidth of physical phenomena in terms of quantum theory. The axioms, known Under the term Copenhagen interpretation (AI), form the basis the nonrelativistic quantum mechanical theory of measurement. by virtue of that the AI is based on the Newtonian space-time concept, make postulates that go hand in hand with the so-called state reduction no problem. They are Galileo invariant formulated. Now is space-time not Newtonian, but pseudo-Euclidean (Minkowski) or continuing pseudoriemannsch (Einstein).

Auf dem Hintergrund einer Minkowski-Raumzeit ergeben sich hinsichtlich der KI folgende Probleme

– Zustandsreduktion als physikalischer Prozess impliziert nichtunitäre Zeitentwicklung und verletzt damit, das No-Cloning Theorem
– es ist unmöglich nichtunitäre Zeitentwicklungen in eine relativistisch-kovariante Physik einzubetten
– Kopenhagener Interpretation versagt im Rahmen der Quantentheorie auf gekrümmten Hintergrund-Raumzeiten völlig

On the background of a Minkowski spacetime, the following problems arise with regard to AI

- State reduction as a physical process implies nonunitary time evolution and thus violates the no-cloning theorem
- It is impossible to embed nonunitary time developments in a relativistic-covariant physics
- Copenhagen interpretation fails completely in the context of quantum theory on curved background space-times

In den 1970er Jahren begann man, theoretische Modelle zu entwickeln, die es erlaubten, den Einfluss der Umgebung auf kohärente Quantenzustände quantitativ zu beschreiben. Damit gelang es erstmals Quantenmessungen als physikalischen Prozess, basierend auf unitären Zeitentwicklungen der Dichtematrix eines Vielteilchensystems, zu verstehen.In In the 1970s, they began to develop theoretical models which allowed the influence of the environment on coherent quantum states quantitatively to describe. For the first time, quantum measurements were made as physical Process based on unitary Time developments of the density matrix of a many-body system, too understand.

Solche Modelle nennt man Dekohärenztheorien. Dekohärenz ist, das Aufheben der Quanten-Kohärenz eines Systems durch Wechselwirkung oder Verschränkung mit der Umgebung. Dekohärenz-Modelle machen deutlich, dass die Orthogonalität makroskopischer Vielteilchenzustände und damit die Unbeobachtbarkeit makroskopischer Interferenzen, allein im Rahmen der linearen Schrödinger Gleichung verstanden werden kann.Such models are called decoherence theories. Decoherence is the removal of the quantum coherence of a system through interaction or entanglement with the environment. Decoherence models make it clear that the orthogonality of macroscopic many-body states and thus the unobservability of macroscopic interferences are understood solely in the context of the linear Schrödinger equation can.

In den letzten Jahren wurden Dekohärenz-Prozesse bis in den mesoskopischen Bereich hinein eingehend im Experiment studiert.In The past few years have been decoherence processes into the mesoscopic area in detail in the experiment educated.

Wir wissen heute, basierend auf Ergebnissen aus zahlreichen Interferenzexperimenten mit Elementarteilchen bis hin zu C₆₀ Molekülen, dass eine Zustandsreduktion, falls sie denn existiert, nur induziert werden kann, durch eine so genannte anomale Dekohärenz (Ghirardi-Rimini-Weber-Theorie, Schrödinger-Newton-Gleichung), die immer in Folge von Dekohärenz durch Korrelation auftritt.Today, based on results from numerous interference experiments with elementary particles up to C ₆₀ molecules, we know that a state reduction, if it exists, can only be induced by a so-called anomalous decoherence (Ghirardi-Rimini-Weber theory, Schrödinger theory). Newton's equation), which always occurs as a consequence of decoherence through correlation.

Dies bedeutet vor allem, dass anomale Dekohärenz und damit die Zustandsreduktion mit endlicher Geschwindigkeit durch die Raumzeit propagiert, da Dekohärenz basierend auf lokalen Wechselwirkungsprozessen sich mit v = c ausbreitet.This means first of all that abnormal decoherence and thus the state reduction propagated through space-time at finite speed, since decoherence based on local interaction processes propagates with v = c.

Wo Dekohärenz einen lokalen auf Wechselwirkungen basierenden Prozess darstellt, ist das Phänomen Kohärenz hochgradig nichtlokal.Where decoherence represents a local interaction-based process, is the phenomenon coherence highly nonlocal.

Besonders deutlich kommt dies bei kohärenten Zweiteilchen Korrelationen zum Vorschein. Dank den Arbeiten von John Bell konnte der Nichtlokale Charakter der Quantentheorie sorgfältig in Experimenten mit so genannten verschränkten Teilchenpaaren bestätigt werden. Aus dem Problem der Deutung solcher holistischen Verschränkungseffekte heraus, im Hinblick auf die lokale Struktur der relativistischen Feldtheorie, entwickelten theoretische Physiker wie Griffiths und Gell-Mann in den 1980er Jahren, auf der Basis der relativistisch invarianten linearen Schrödinger Gleichung, eine moderne Darstellung der Quantentheorie, die unter dem Namen „Decoherent/Consistent Histories" bekannt ist.
(R.B. Griffiths, Consistent Quanten Theory, Cambridge, 2001)
(Roland Omnes, Constistent interpetations of quantum mechanics, Reviews od Modern Physics, Vol. 64, No.2, April 1992) This is particularly evident in the case of coherent two-particle correlations. Thanks to the work of John Bell, the nonlocal character of quantum theory was carefully confirmed in experiments with so-called entangled particle pairs. Out of the problem of interpreting such holistic entanglement effects, with respect to the local structure of relativistic field theory, theoretical physicists such as Griffiths and Gell-Mann developed a modern representation of quantum theory in the 1980s, based on the relativistically invariant linear Schrödinger equation. which is known as "Decoherent / Consistent Histories".
(RB Griffiths, Consistent Quantum Theory, Cambridge, 2001)
(Roland Omnes, Constant Interpetations of Quantum Mechanics, Reviews or Modern Physics, Vol. 64, No.2, April 1992)

1. Diskrete Funktionalinterferometrie1. Discrete functional interferometry

Im Formalismus der Quantentheorie und der speziellen Relativitätstheorie ist ein experimenteller Hinweise versteckt, der uns etwas über die Vereinbarkeit beider Konzepte sagt. Erfindungsgemäß erhält man solch einen Hinweis genau dann, wenn das Dekohärenzfunktional d(h, h') lokal relativistisch für, die in diesem Kapitel beschriebenen, physikalischen Gegebenheiten behandelt wird. Die daraus resultierende, neue Verfahrensmethode bezeichnen wir als Diskrete Funktionalinterferometrie (DFI). (arXiv:quant-ph/9909049, arXive:gr-qc/0510126, arXiv:quant-ph/9704031) In diesem Kapitel werden die theoretischen Grundlagen erläutert, die hinter der Idee zur diskreten Funktionalinterferometrie stehen.in the Formalism of quantum theory and special relativity is an experimental clue that hides us something about the Compatibility of both concepts says. According to obtain such a hint if and only if the decoherence function d (h, h ') is locally relativistic for the treated in this chapter, physical conditions becomes. Denote the resulting new process method we as Discrete Functional Interferometry (DFI). (ArXiv: quant-ph / 9909049, arXive: gr-qc / 0510126, arXiv: quant-ph / 9704031) In this chapter explain the theoretical background behind the idea to discrete functional interferometry.

Wir betrachten eine Umgebung U_∊(φ) im Ortsraum. Wir wollen den Zustand aller, in dieser Umgebung messbaren, Observablen mit |U> bezeichnen.We consider an environment U _ε (φ) in space. We want to denote the state of all observables measurable in this environment with | U>.

Wir greifen uns aus |U> genau eine Observable φ heraus, die in einer Superposition:

vorliegt. Die Observable könnte beispielsweise den Weg eines Photons in einem Mach-Zehnder Interferometer darstellen. Eine Observable soll im Rahmen dieser Arbeit immer mit einen bestimmten Teilchen (φ-Teilchen) assoziiert werden.We get out of | U> exactly one observable φ, which in a superposition:

is present. For example, the observable could represent the path of a photon in a Mach-Zehnder interferometer. In the context of this work, an observable should always be associated with a specific particle (φ particle).

An dieser Stelle vereinbaren wir folgende Konvention: Alle Zustandsvektoren, die mit einem griechischen Buchstaben bezeichnet werden und indiziert sind, bilden bezüglich des Index eine orthonormale Messbasis im Hilbertraum.
φ₁ und φ₂ → (φ_i|φ_j) = δ_ij mit i, j = {1, 2}At this point, we agree on the following convention: All state vectors, which are denoted by a Greek letter and indexed, form an orthonormal measurement basis in Hilbert space with respect to the index.
φ ₁ and φ ₂ → (φ _i | φ _j ) = δ _ij with i, j = {1, 2}

Den Zustand der Observablen φ in (1.00) bezeichnet man als kohärent.The State of the observable φ in (1.00) is called coherent.

Unitäre Zeitentwicklungen gemäß der Schrödinger Gleichung nach

mit der Eigenschaft: (U2|U1) = 0 (1.03)so dass:

bezeichnet man als Messung der Observablen φ bezüglich der Basis |φ₁> und |φ₂>.Unitary time developments according to the Schrödinger equation

with the property: (U 2 | U 1 ) = 0 (1.03) so that:

is called the measurement of the observable φ with respect to the basis | φ ₁ > and | φ ₂ >.

Solche „Messwechselwirkungen" zerstören die Kohärenzeigenschaft von φ, man bezeichnet sie daher allgemein als Dekohärenz-Prozesse. Der theoretische Unterschied zwischen kohärenten Zuständen und dekohärent Zuständen ist Anhand des Dichteoperators ersichtlich.Such "measuring interactions" destroy the coherence property from φ, therefore, they are commonly referred to as decoherence processes. The theoretical Difference between coherent states and decoherent states is evident from the density operator.

Dazu berechnet man die Matrixelemente des Dichteoperators eines Systems bezüglich der gewünschten Messbasis.To one calculates the matrix elements of the density operator of a system in terms of the desired Measurement base.

Wie man in (1.05) und (1.06) erkennt, ist der formelle Unterschied zwischen kohärent und dekohärent in den Nichtdiagonalelementen der Dichtematrix zu finden.As one recognizes in (1.05) and (1.06), the formal difference between coherent and decoherent in to find the non-diagonal elements of the density matrix.

Die Eigenschaft – kohärent – kann experimentell nicht am Einzelsystem geprüft werden. Trotzdem gibt es eine Messgröße, die mit der gemittelten Kohärenz eines Ensembles zusammenhängt. Dazu betrachten wir den Zustand:

The property - coherent - can not be experimentally tested on the individual system. Nevertheless, there is one measure that is related to the average coherence of an ensemble. For this we consider the state:

Die Größen φ^(k) seien N Observable aus U_∊(φ). Der Zustand (1.07) ist hundertprozentig kohärent bezüglich aller Basen |φ₁ ^(k)> und |φ₂ ^(k)>.The quantities φ ^(k) are N observables from U _ε (φ). State (1.07) is 100% coherent with respect to all bases | φ ₁ ^(k) > and | φ ₂ ^(k) >.

Wie erkennt man dies im Experiment?As do you recognize this in the experiment?

Dazu transformiert man jeden Faktor in (1.07) mit dem Hadamard Operator:To transform each factor in (1.07) with the Hadamard operator:

H stellt eine unitäre Zustandsänderung dar. In der Quantenoptik kann H beispielsweise durch einen Strahlenteiler realisiert werden.H represents a unitary change in condition For example, in quantum optics H may be a beam splitter will be realized.

Es folgt:

It follows:

Da wir es hier mit einem Ensemble zu tun haben macht es Sinn die statistischen Größen:

zu berechnen. Ist N hinreichend groß können a und b zuverlässig experimentell bestimmt werden. Die Werte a = 1 und b = 0 weisen auf bestmögliche Kohärenz bezüglich der Basen |φ₁ ^(k)> und |φ₂ ^(k)> hin. Wir wollen a und b für den Fall bestmöglicher Dekohärenz berechnen. Dazu betrachten wir den einfachsten Fall eines Dekohärenz-Prozesses.Since we are dealing here with an ensemble, it makes sense the statistical sizes:

to calculate. If N is sufficiently large, a and b can be reliably determined experimentally. The values a = 1 and b = 0 indicate the best possible coherence with respect to the bases | φ ₁ ^(k) > and | φ ₂ ^(k) >. We want to compute a and b for the best possible decoherence. For this we consider the simplest case of a decoherence process.

Wir korrelieren eine Observable ϕ aus U_∊(φ)
mit der Observablen φ nach:

We correlate an observable φ from U _ε (φ)
with the observable φ after:

Die Korrelation (1.12) ist die Folge einer Messung nach Def. (1.01) – (1.03) denn: |φ1 (k)|U) → |φ1 (k))|ϕ1 (k))|U) = |φ1 (k))|U1) (1.13) |φ2 (k)|U) → |φ2 (k))|ϕ2 (k))|U) = |φ2 (k))|U2) (1.14) (U1|U2) = (ϕ1 (k)|ϕ2 (k))(U|U) = (ϕ1 (k)|ϕ2 (k)) = 0 (1.15) The correlation (1.12) is the consequence of a measurement according to Def. (1.01) - (1.03) because: | φ 1 (K) | U) → | φ 1 (K) ) | Φ 1 (K) ) | U) = | φ 1 (K) ) | U 1 ) (1.13) | φ 2 (K) | U) → | φ 2 (K) ) | Φ 2 (K) ) | U) = | φ 2 (K) ) | U 2 ) (1.14) (U 1 | U 2 ) = (φ 1 (K) | φ 2 (K) ) (U | U) = (φ 1 (K) | φ 2 (K) ) = 0 (1.15)

Die Hadamard Transformation liefert:

The Hadamard transformation provides:

Die statischen Messgrößen a und b lauten:

The static measures a and b are:

Es gilt: 100% Dekohärent ⇒ (U1|U2) = 0 → a = 1/2, b = 1/2 (1.19) 100% Kohärent ⇒ (U1|U2) = 1 → a = 1, b = 0 (1.20) The following applies: 100% decoherent ⇒ (U 1 | U 2 ) = 0 → a = 1/2, b = 1/2 (1.19) 100% coherent ⇒ (U 1 | U 2 ) = 1 → a = 1, b = 0 (1.20)

Der Realteil des Skalarproduktes <U₁|U₂> wird als Interferenzkontrast bezeichnet. Ein Interferenzkontrast nah bei eins bedeutet hohe Kohärenz, ein Interferenzkontrast nah bei 0 bedeutet hohe Dekohärenz (gemischter Zustand).The real part of the scalar product <U ₁ | U ₂ > is called interference contrast. An interference contrast close to one means high coherence, an interference contrast close to 0 means high decoherence (mixed state).

Erfindungsgemäß wird der Interferenzkontrast beim DFI-Verfahren als Analoger Pegelwert in der Digitalen Signalverarbeitung verwendet.According to the invention Interference Contrast in the DFI Method as Analog Level Value in used in digital signal processing.

Vorläufig werden die binären Zustande 0 und 1 über: Re[(U1|U2)] = 1 → Binär 1 (1.21) Re[(U1|U2)] = 0 → Binär 0 (1.22)definiert.For the time being, the binary states 0 and 1 will be over: Re [(U 1 | U 2 )] = 1 → Binary 1 (1.21) Re [(U 1 | U 2 )] = 0 → binary 0 (1.22) Are defined.

Es sei angemerkt, dass im Rahmen dieser Arbeit die Zustände (1.21) und (1.22) nicht ausreichend sind. Es sei des Weiteren ein dritter und vierter Zustand definiert, die beide nicht im Rahmen der klassischen Datenverarbeitung verstanden werden können: Re[(U1|U2)] = 1/2 → QuBinär (01) (1.23) Re[(U1|U2)] = 1/2 → QuBinär (10) (1.24) It should be noted that in this work the states (1.21) and (1.22) are not sufficient are. Furthermore, a third and fourth state are defined, both of which can not be understood in the context of classical data processing: Re [(U 1 | U 2 )] = 1/2 → QuBinary (01) (1.23) Re [(U 1 | U 2 )] = 1/2 → Quinary (10) (1.24)

Es soll nun eine besondere physikalische Situation konstruiert werden. Alle N Teilchen die zu den Observablen ϕ^(k) in (1.16) gehören werden um eine hinreichend große Strecke L + 2 ∊ von allen N Teilchen entfernt, die zu den Observablen φ^(k) in (1.16) gehören. Die Strecke ∊ sei so groß, dass sich die Ortsraum-Wellenfunktionen der φ-Teilchen mit den Ortsraum-Wellenfunktionen der ϕ-Teilchen auf der Strecke L nicht überlappen. Alle Prozesse, die wir im Folgenden diskutieren, geschehen im Zeitraum T: 0 ≺ t ≺ (L + 2ε)/c (1.25) Now a special physical situation is to be constructed. All N particles belonging to the observables φ ^(k) in (1.16) are removed by a sufficiently large distance L + 2 ε from all N particles belonging to the observables φ ^(k) in (1.16). The distance ε is so great that the space-space wave functions of the φ particles do not overlap with the space functions of the φ-particles on the distance L. All the processes we discuss below happen in period T: 0 ≺ t ≺ (L + 2ε) / c (1.25)

Die Umgebung U_∊(φ) enthält mindestens alle N φ-Teilchen sowie die Messapparatur zur Basis |φ₁ ^(k)> und |φ₂ ^(k)>.The environment U _ε (φ) contains at least all N φ particles as well as the measuring apparatus based on | φ ₁ ^(k) > and | φ ₂ ^(k) >.

Die Umgebung U_∊(ϕ) enthält mindestens alle N ϕ-Teilchen.The environment U _ε (φ) contains at least all N φ particles.

Die Größe ∊ > 0 sei im Verhältnis zu L sehr klein.The Size ε> 0 is in proportion to L very small.

Die Bedingung (1.25) ist für die Erfindung sehr wichtig. Sie impliziert, dass innerhalb von T keine neuen Korrelationen zwischen U_∊(ϕ) und U_∊(φ) entstehen, mit Ausnahme solcher Korrelationen, die für t < 0 über die Abschlüsse δU_∊(ϕ) und δU_∊(φ) hinweg schon bestehen. Findet also beispielsweise im Zeitraum T eine Messung an einem Quantenzustand:

in der Umgebung U_∊(ϕ) statt, so kann nach den Gesetzen der speziellen Relativitätstheorie keine, in U_∊(φ) messbare Observable, mit der Messbasis |χ₀> und |χ₁>, innerhalb von T verschränkt sein. Dieser Sachverhalt spiegelt die lokale Struktur der relativistischen Dekohärenztheorie wieder.The condition (1.25) is very important to the invention. It implies that within T there are no new correlations between U _ε (φ) and U _ε (φ), with the exception of such correlations as for t <0 over the closures δU _ε (φ) and δU _ε (φ) consist. Thus, for example, finds a measurement in a quantum state in period T:

in the vicinity of U _ε (φ), according to the laws of special relativity, no observable measurable in U _ε (φ), with the measurement basis | χ ₀ > and | χ ₁ >, can be entangled within T. This fact reflects the local structure of relativistic decoherence theory.

Wir wollen uns nun wieder, unter den eben geschilderten Bedingungen, dem verschränkten Teilchen Ensemble (1.16) widmen.We want us again, under the conditions just described, the entangled Dedicate Particle Ensemble (1.16).

Wir wissen, dass sich alle N ϕ-Teilchen in der Umgebung U_∊(ϕ) und alle N φ-Teilchen in der Umgebung U_∊(φ) befinden. Die einzige Verbindung, die zwischen den Teilchen existiert ist die Verschränkung in den Observablen ϕ^(k) und φ^(k).We know that all N φ particles in the environment U _ε (φ) and all N φ particles are in the environment U _ε (φ). The only connection existing between the particles is the entanglement in the observables φ ^(k) and φ ^(k) .

Die entscheidende Messgrößen sei immer noch Re <U₁|U₂>.The decisive measurands are still Re <U ₁ | U ₂ >.

Interessanter Weise und für das DFI-Verfahren ausschlaggebend ist die Tatsache, dass die Messgröße Re <U₁|U₂> innerhalb von U_∊(ϕ) ihre Ursache hat jedoch in U_∊(φ) über den Interferenzkontrast die Wirkung zeigt.Interestingly, and decisive for the DFI method is the fact that the measured variable Re <U ₁ | U ₂ > has its cause within U _ε (φ) but has the effect in U _ε (φ) via the interference contrast.

Im Hinblick auf die binäre Codierung (1.21)–(1.24) können die φ-Teilchen in unterschiedlicher Weise mit der Umgebung U_∊(ϕ) wechselwirken.With regard to the binary coding (1.21) - (1.24), the φ particles can interact in different ways with the environment U _ε (φ).

Idealerweise so, dass gilt: Re[(U1|U2)] = 1 (Binär 1) (1.29) Re[(U1|U2)] = 0 (Binär 0) (1.30) Ideally, the following applies: Re [(U 1 | U 2 )] = 1 (binary 1) (1.29) Re [(U 1 | U 2 )] = 0 (binary 0) (1.30)

Das gezielte nichtlokale Aufheben und Wiederherstellen von Kohärenz nach dem Schema (1.27)–(1.30) nennt man Quantum Erasing.The targeted nonlocal cancellation and restoration of coherence the scheme (1.27) - (1.30) Called Quantum Erasing.

Eine nichtlokale, instantane Wirkung von U_∊(ϕ) auf U_∊(φ) wiederspricht zum einen dem oben Gesagten über kausale Trennung von U_∊(ϕ) auf U_∊(φ) bezüglich Quantenmessungen im Zeitraum T, und zum anderen generiert sie ein so genanntes Zeitschleifenparadoxon in der Lorentzframe-unabhängigen Darstellung.A nonlocal, instantaneous effect of U _ε (φ) on U _ε (φ) contradicts, on the one hand, the causal separation of U _ε (φ) to U _ε (φ) with respect to quantum measurements in the period T, and on the other hand it generates so-called time loop paradox in the Lorentz frame independent representation.

Dies bedeutet hinsichtlich der Messung am Zustand (1.26) innerhalb von U_∊(ϕ), dass es möglich ist, (1.26) instantan mit U_∊(φ) zu korrelieren.With regard to the measurement at state (1.26) within U _ε (φ), this means that it is possible to correlate (1.26) instantaneously with U _ε (φ).

Dazu muss einfach der Quantum Erasing Prozess am Ensemble der N ϕ-Teilchen vom Messergebnis (1.26) abhängig gemacht werden. Etwa so: Messwert zu |χ0) → Re[(U1, χ0|U2, χ0)] = 0 (Binär 0) (1.31) Messwert zu |χ1) → Re[(U1, χ1|U2, χ1)] = 1 (Binär 1) (1.32) For this, the quantum erasing process on the ensemble of N φ particles simply has to be made dependent on the measurement result (1.26). Like this: Measured value to | χ 0 ) → Re [(U 1 , χ 0 | U 2 , χ 0 )] = 0 (binary 0) (1.31) Measured value to | χ 1 ) → Re [(U 1 , χ 1 | U 2 , χ 1 )] = 1 (binary 1) (1.32)

Um an dieser Stelle fortfahren zu können, ohne dass ernsthafte theoretische Probleme im Hinblick auf die Lokalität der relativistischen Dekohärenz-Propagation auftreten, ist die Annahme, dass die Sachverhalte (1.31) und (1.32) allgemein zwei alternative Geschichten der Umgebungen U_∊(ϕ, χ₀) und U_∊(ϕ, χ₁) darstellen, die als statistisches Gemisch der Form: ρU = p0|U∊(ϕ), χ0)(U∊(ϕ), χ0| + p1|U∊(ϕ), χ1)(U∊(ϕ), χ1| (1.33)in Erscheinung treten, fallen zu lassen. p₀ und p₁ seien hier jeweils die klassischen Wahrscheinlichkeiten für die Entwicklungen (1.31) oder (1.32).In order to proceed at this point without serious theoretical problems with regard to the locality of relativistic decoherence propagation, the assumption that facts (1.31) and (1.32) are generally two alternative histories of environments U _ε (φ, χ ₀ ) and U _ε (φ, χ ₁ ), which as a statistical mixture of the form: ρ U = p 0 | U ε (φ), χ 0 ) (U ε (φ), χ 0 | + p 1 | U ε (φ), χ 1 ) (U ε (φ), χ 1 | (1.33) appear to drop. Let p ₀ and p ₁ be the classical probabilities for the developments (1.31) or (1.32).

Wir sind durch die kausale Struktur der Minkowski-Raumzeit gezwungen, die lokale makroskopische Realität der Umgebung U_∊(ϕ) nach der χ-Messung als reinen Zustand:

mit: (U∊(ϕ), χj|U∊(ϕ), χi) = δij (1.35)zu begreifen.We are forced by the causal structure of the Minkowski space-time, the local macroscopic reality of the environment U _ε (φ) after the χ-measurement as a pure state:

With: (U ε (φ), χ j | U ε (φ), χ i ) = δ ij (1.35) to understand.

Durch die χ-Messung wird ein Dekohärenz-Prozess in Gang gesetzt, der sich mit v = c in alle Richtungen ausbreitet. Innerhalb der Zeitspanne T ist die Umgebung U_∊(φ) nicht von der Dekohärenz betroffen. Den Bereich U_ct(χ) bezeichnen wir als Dekohärenzblase.The χ measurement initiates a decoherence process, which propagates in all directions with v = c. Within the time period T, the environment U _ε (φ) is not affected by the decoherence. The area U _ct (χ) is called the decoherence bubble.

Die Oberfläche der Dekohärenzblase zur χ-Quantenmessung ist äquivalent zum Lichtkegel für das Weltereignis "χ-Quantenmessung" innerhalb der Minkowski-Raumzeit.The surface the decoherence bubble for χ-quantum measurement is equivalent to the light cone for the world event "χ quantum measurement" within the Minkowski spacetime.

In 1 ist veranschaulicht, was im Rahmen der relativistischen „Decoherent Histories" Quantenmechanik während des Messprozesses geschieht.In 1 illustrates what happens in the relativistic "decoherent histories" quantum mechanics during the measurement process.

Durch die Messung wird die mikroskopische Quantensuperposition in χ explosionsartig mit v = c durch Quantenkorrelationen aufgebläht. Dadurch entstehen lokal orthogonale makroskopische Superpositionen (LOMS) der Art (1.34).By the measurement becomes the microscopic quantum superposition in χ explosive with v = c inflated by quantum correlations. This creates local orthogonal macroscopic superpositions (LOMS) of the species (1.34).

Wir wollen die Entwicklung des Interferenzkontrastes innerhalb der Umgebung U_∊(φ) für die vier möglichen Kombinationen zweier Historien der Umgebungen U_∊(ϕ) berechnen. Aufgrund der Superposition (1.34) und der Bedingungen zu (1.25) gilt: (U1,|U2) = 12 Re[(U1, χ0|U2, χ0) + (U1, χ1|U2, χ1)] (1.36)

Fall 1: unabhängig vom χ-Messergebnis wird in beiden Historien der Kontrastpegel auf 0 gestellt. Messwert zu |χ0) → Re[(U1, χ0|U2, χ0)] = 0 (Binär 0) (1.37) Messwert zu |χ0) → Re[(U1, χ0|U2, χ0)] = 0 (Binär 0) (1.38) (U1,|U2) = 0 (1.39)
Fall 2: unabhängig vom χ-Messergebnis wird in beiden Historien der Kontrastpegel auf 1 gestellt. Messwert zu |χ0) → Re[(U1, χ0|U2, χ0)] = 1 (Binär 1) (1.40) Messwert zu |χ1) → Re[(U1, χ1|U2, χ1)] = 1 (Binär 1) (1.41) (U1,|U2) = 1 (1.42)
Fall 3: abhängig vom χ-Messergebnis wird der Kontrastpegel in Historie 0 auf 0 und in Historie 1 auf 1 gestellt. Messwert zu |χ0) → Re[(U1, χ0|U2, χ0)] = 0 (Binär 0) (1.43) Messwert zu |χ1) → Re[(U1, χ1|U2, χ1)] = 1 (Binär 1) (1.44) (U1,|U2) = 1/2 (1.45)
Fall 4: abhängig vom χ-Messergebnis wird der Kontrastpegel in Historie 0 auf 1 und in Historie 1 auf 0 gestellt. Messwert |χ0) → Re[(U1, χ0|U2, χ0)] = 1 (Binär 1) (1.46) Messwert zu |χ1) → Re[(U1, χ1|U2, χ1)] = 0 (Binär 0) (1.47) (U1,|U2) = 1/2 (1.48)

We want to calculate the evolution of the interference contrast within the environment U _ε (φ) for the four possible combinations of two histories of the environments U _ε (φ). Due to the superposition (1.34) and the conditions to (1.25): (U 1 , | U 2 ) = 1 2 Re [(U 1 , χ 0 | U 2 , χ 0 ) + (U 1 , χ 1 | U 2 , χ 1 )] (1.36)

Case 1: regardless of the χ measurement result, the contrast level is set to 0 in both histories. Measured value to | χ 0 ) → Re [(U 1 , χ 0 | U 2 , χ 0 )] = 0 (binary 0) (1.37) Measured value to | χ 0 ) → Re [(U 1 , χ 0 | U 2 , χ 0 )] = 0 (binary 0) (1.38) (U 1 , | U 2 ) = 0 (1.39)
Case 2: regardless of the χ measurement result, the contrast level is set to 1 in both histories. Measured value to | χ 0 ) → Re [(U 1 , χ 0 | U 2 , χ 0 )] = 1 (binary 1) (1.40) Measured value to | χ 1 ) → Re [(U 1 , χ 1 | U 2 , χ 1 )] = 1 (binary 1) (1.41) (U 1 , | U 2 ) = 1 (1.42)
Case 3: depending on the χ measurement result, the contrast level in History 0 is set to 0 and in History 1 to 1. Measured value to | χ 0 ) → Re [(U 1 , χ 0 | U 2 , χ 0 )] = 0 (binary 0) (1.43) Measured value to | χ 1 ) → Re [(U 1 , χ 1 | U 2 , χ 1 )] = 1 (binary 1) (1.44) (U 1 , | U 2 ) = 1/2 (1.45)
Case 4: depending on the χ measurement result, the contrast level in History 0 is set to 1 and in History 1 to 0. Measured value | χ 0 ) → Re [(U 1 , χ 0 | U 2 , χ 0 )] = 1 (Binary 1) (1.46) Measured value to | χ 1 ) → Re [(U 1 , χ 1 | U 2 , χ 1 )] = 0 (binary 0) (1.47) (U 1 , | U 2 ) = 1/2 (1.48)

Wir verdeutlichen die Ergebnisse schematisch:

We illustrate the results schematically:

Man erkennt, dass die nichtlokalen Abbildungen so beschaffen sind, dass hinsichtlich der Interferenzkontraste keine instantanen Korrelationen von U_∊(φ) mit der χ-Messbasis möglich sind. Es scheint so, als könne man zwischen kausal getrennten Bereichen keine klassischen Informationen übertragen, jedoch aber Überlagerungen solcher Informationen. Solche Überlagerungen wollen wir Makroqubits nennen. Der Zusatz-Makro-soll kennzeichnen, dass die Ursache der Informationsüberlagerung eine LOMS ist.It can be seen that the nonlocal mappings are such that no instantaneous correlations of U _ε (φ) with the χ measurement basis are possible with regard to the interference contrasts. It seems that one can not transfer classical information between causally separated areas, but overlays of such information. We want to call such overlays macro qubits. The additional macro is intended to indicate that the cause of the information overlay is a LOMS.

Die nichtlokale Abbildung von Makroqubits zwischen kausal getrennten Bereichen, mit Hilfe paarweise-verschränkte Teilchen Ensemble, bezeichnen wir als – Diskrete Funktionalinterferometrie –.The nonlocal mapping of macroqubits between causally separated Areas, using paired-entangled particles ensemble, denote we as - Discrete Functional interferometry -.

Die Übertragungstrecke der Makroqubits bezeichnen wir als DFI-Kanal.The transmission line of the macroqubits we call a DFI channel.

Das, in diesem Abschnitt beschriebene, theoretische DFI-Verfahren ist kennzeichnend für die Erfindung.The, in this section, theoretical DFI method is characterizing for The invention.

Was ist mit DFI möglich, und welche Anwendung findet DFI in der Technik?What is possible with DFI, and what application does DFI find in technology?

Dazu stellen wir uns folgende Frage:
Kann ein klassischer Computer wie ein Quantencomputer rechnen?For this we ask ourselves the following question:
Can a classic computer count like a quantum computer?

Sei ψ ein präparierter Zustand der Form:

Let prä be a prepared state of the form:

Wobei C das Vielteilchensystem Computer und χ einen präparierten Obvervablenzustand eines Teilchen darstellt. Bezüglich der Hilbertbasis |χ_i> wird eine Messung durchgeführt.Where C represents the many-particle system computer and χ a prepared obviable state of a particle. With respect to the Hilbert base | χ _i >, a measurement is made.

Es folgt:

It follows:

Mit: (Cj|Ci) = δij (1.52) With: (C j | C i ) = δ ij (1:52)

Der i-te Computer soll nun jeweils eine von N-Aufgaben lösen.Of the i-th computer will now solve one of N-tasks.

Wenn man nun annimmt, dass alle dekohärenten Makrozustände M_i im Sinne einer LOMS koexistieren, dann werden alle N Aufgaben parallel bearbeitet und gelöst.Assuming that all decoherent macrostates M _i coexist in the sense of a LOMS, then all N tasks are processed and solved in parallel.

Wir zeigen, wie es möglich ist die Ergebnisse einer quantenparallelen Rechnung zweier Prozessoren C₁ und C₂ innerhalb einer LOMS erfindungsgemäß mittels DFI-Verfahren auszulesen.We show how it is possible to read the results of a quantum parallel calculation of two processors C ₁ and C ₂ within a LOMS according to the invention by means of DFI method.

Dazu führen wir eine χ-Messung durch, um eine lokal-makroskopische Superposition des Umgebungszustandes (der natürlich den Prozessor enthält) U_∊(ϕ) der Form:

zu generieren.To do this, we perform a χ measurement to obtain a local macroscopic superposition of the environmental state (which of course includes the processor) U _ε (φ) of the form:

to generate.

C₁ und C₂ führen nun jeweils parallel andere Kalkulationen durch. Der Einfachheit halber nehmen wir an, dass die Ausgabewerte der Kalkulationen entweder 0 oder 1 sind.C ₁ and C ₂ now carry out different calculations in parallel. For the sake of simplicity, we assume that the output values of the calculations are either 0 or 1.

Zur Übermittlung der Ergebnisse wird nach 2 DFI genutzt.To submit the results will be after 2 DFI used.

Das heißt: i-te Ausgabe 0 ⇒ Re[(U1, Ci|U2, Ci)] = 0 (1.54) i-te Ausgabe 1 ⇒ Re[(U1, Ci|U2, Ci)] = 1 (1.55) This means: i-th output 0 ⇒ Re [(U 1 , C i | U 2 , C i )] = 0 (1.54) i-th edition 1 ⇒ Re [(U 1 , C i | U 2 , C i )] = 1 (1.55)

Wie man in der 2 sehen kann erhält die Umgebung U_∊(φ) keine klassische Information 0 oder 1 sondern eine der superpositionierten Informationen (1.49).How to get in the 2 can see the environment U _ε (φ) receives no classical information 0 or 1 but one of the superpositioned information (1.49).

Auf der Grundlage der Interferenzkontrast-Messung kann ein Beobachter in U_∊(φ) folgende Aussagen über die Ergebnisse der Rechner C₁ und C₂ machen kann: Re[(U1,|U2)] = 0 Rechner C1 und C2 haben die Ausgabe 0 (1.56) Re[(U1,|U2)] = 1 Rechner C1 und C2 haben die Ausgabe 1 (1.57) Re[(U1,|U2)] = 1/2 Rechner C1 und C2 haben eine unterschiedliche Ausgabe (1.58) On the basis of the interference contrast measurement, an observer in U _ε (φ) can make the following statements about the results of the computers C ₁ and C ₂ : Re [(U 1 , | U 2 )] = 0 Calculator C 1 and C 2 have the issue 0 (1.56) Re [(U 1 , | U 2 )] = 1 calculator C 1 and C 2 have the issue 1 (1.57) Re [(U 1 , | U 2 )] = 1/2 calculator C 1 and C 2 have a different output (1.58)

Solange die Dekohärenzblase die Umgebung U_∊(φ) nicht erreicht hat, kann ein Beobachter innerhalb der Umgebung U_∊(φ) keine Aussage über das Ergebnis eines individuellen Rechners aus U_∊(ϕ) machen, sondern nur eine Aussage über das Paar C₁ und C₂ treffen.As long as the Dekohärenzblase the environment U _ε (φ) has not reached, an observer within the environment U _ε (φ) can make no statement about the result of an individual computer of U _ε (φ), but only a statement about the pair C ₁ and C ₂ meet.

Dieser Sachverhalt ist ausschlaggebend für die Bewahrung der kausalen Struktur in der relativistischen Quantentheorie.This Facts are crucial for the preservation of the causal Structure in relativistic quantum theory.

In Kapitel 3 und 4 werden wir zeigen, wie man erfindungsgemäß auf der Basis von (1.56)–(1.58) ein quantenparalleles Datenverarbeitungssystem aufbauen kann.In Chapters 3 and 4 we will show how to according to the invention on the Base of (1.56) - (1.58) can build a quantum parallel data processing system.

2. Experimentelle Realisierung der DFI2. Experimental realization the DFI

Wir wollen in diesem Kapitel diskutieren, wie man die Ideen aus Kapitel 1 praktisch umsetzen kann. Dabei werden wir mit folgenden Fragen konfrontiert:

1. Erzeugung korrelierter Teilchen Ensemble der Form:
2. Verlustarmer Transport der Ensemble Pakete über die Strecke L/2.
3. Generierung echter LOMS
4. Messung der Interferenzkontraste

In this chapter, we want to discuss how to put the ideas in Chapter 1 into practice. We are confronted with the following questions:

1. Generation of correlated particles ensemble of the form:
2. Low-loss transport of the ensemble packages over the L / 2 route.
3. Generation of real LOMS
4. Measurement of the interference contrasts

Mittels Typ II Down Conversion ist es möglich Polarisationsverschränkte Photonenpaare zu erzeugen. Zur Übertragung eines Makroqubits sind N > 10000 korrelierte Photonenpaare nötig. Nur mit hinreichend großem N kann der Interferenzkontrast Re <U₁|U₂> zuverlässig ermittelt werden.By means of Type II Down Conversion it is possible to generate polarization entangled photon pairs. For the transmission of a macroquit N> 10000 correlated photon pairs are necessary. Only with a sufficiently large N can the interference contrast Re <U ₁ | U ₂ > be reliably determined.

Der Zustand eines einzelnen Photons lautet:

The state of a single photon is:

Ziel ist es, die Verschränkung in den Ortsraum |φ> und |ϕ> zu übertragen. 3 zeigt schematisch eine Apparatur, welche diese Transformation bewerkstelligt.The goal is to transfer the entanglement into the spatial space | φ> and | φ>. 3 shows schematically an apparatus that accomplishes this transformation.

Zwei Polarisationsstrahlenteiler transformieren den Zustand (3.01) in:

Two polarization beam splitters transform the state (3.01) into:

Ein λ/2 Plättchen dreht die Polarisationsebenen von φ₁ und ϕ₂:

A λ / 2 plate rotates the polarization planes of φ ₁ and φ ₂ :

Nachdem die Wegverschränkung des Photonenpaares φ und ϕ am Ort x = 0 erzeugt wurde, werden beide Teilchen um die Strecke L/2 über den freien Raum oder über Lichtleiter nach:

transportiert.After the path entanglement of the photon pair φ and φ has been generated at the location x = 0, both particles become traversed by the distance L / 2 over the free space or via light guides:

transported.

Der Strahlenteiler in U_∊(φ), 3, realisiert die Hadamard-Transformation.The beam splitter in U _ε (φ), 3 , realizes the Hadamard transformation.

In einer Zeit τ << L/2c müssen N > 10000 Photonenpaare der Sorte (2.04) erzeugt werden, so dass der Ensemble-Impuls eine Breite ι << L/2 aufweist.In of a time τ << L / 2c must be N> 10000 photon pairs of the variety (2.04) be generated so that the ensemble pulse has a width ι << L / 2.

Für L = 1 km sollte ι = 1 m sein ⇒ τ = 1 ns.For L = 1 km should ι = 1 m ⇒ τ = 1 ns.

Um 10000 verschränkte Photonenpaare zu erzeugen, sind je nach Länge L (Verluste) etwa 0.1–1 mJ Energie der Pumpewelle nötig. Mit τ = 1 ns Pulsbreite folgt ein Pumppuls mit etwa P = 0.1–1 GW Leistung.Around 10000 entangled Depending on the length L (losses), photon pairs are about 0.1-1 mJ energy the pumping wave needed. With τ = 1 ns pulse width is followed by a pump pulse with approximately P = 0.1-1 GW power.

Der Transport der Ensemble-Pakete:

ist stark mit Verlusten behaftet, so dass die Wahrscheinlichkeit, dass beide Teilchen eines Paares auch am Ziel ankommen << 1 ist.The transport of ensemble packages:

is strongly associated with losses, so that the probability that both particles of a pair arrive at the finish is << 1.

Nichtverschränkte φ-Photonen im Zustand:

und φ-Photonen als statistisches Gemisch: ρφ = 12 [|φ1)(φ1| + |φ2)(φ2|] (2.08)tragen jeweils zu a (1.17) und b (1.18) in Form eines Untergrundes bei: a' = a + aU (2.09) b' = b + bU (2.10) Unbound φ photons in state:

and φ photons as a statistical mixture: ρ φ = 1 2 [| Φ 1 ) (Φ 1 | + | φ 2 ) (Φ 2 |] (2.08) each contribute to a (1.17) and b (1.18) in the form of a subsurface: a '= a + a U (2:09) b '= b + b U (2.10)

Sei N die Gesamtzahl der φ-Photonen, dann sind:
N_vk = p_vkN verschränkt mit ϕ und kohärent → Messwerte
N_vg = p_vgN verschränkt mit ϕ und nicht kohärent (st. Gemisch) → Untergrund
N_k = p_kN nicht verschränkt mit ϕ, jedoch kohärent → Untergrund
N_g = p_gN nicht verschränkt mit ϕ und nicht kohärent (st. Gemisch) → UntergrundLet N be the total number of φ photons, then:
N _vk = p _vk N interlaced with φ and coherent → measured values
N _vg = p _vg N interlaced with φ and not coherent (st. Mixture) → background
N _k = p _k N not entangled with φ, but coherent → background
N _g = p _g N not entangled with φ and not coherent (st. Mixture) → background

Verteilung auf a_U, b_U:
p_vg → 50/50 auf a und b
p_k → 100/0 auf a und b
p_g → 50/50 auf a und bDistribution on a _U , b _U :
p _vg → 50/50 on a and b
p _k → 100/0 on a and b
p _g → 50/50 on a and b

Was wohl am häufigsten vorkommen wird ist, dass ein ϕ-Teilchen in der Glasfaser oder den optischen Elementen absorbiert wird und sein φ-Partner bis zu den Detektoren gelangt.What probably the most common will occur is that a φ particle in the glass fiber or the optical elements and its φ partner reaches the detectors.

φ wird dann mit hoher Wahrscheinlichkeit im Zustand (2.07) zu finden sein.φ then becomes with high probability to be found in state (2.07).

Dieser Zustand trägt aufgrund dessen Kohärenz nur zum Untergrund a_U bei. Wenn die statistischen Schwankungen des Untergrundes kleiner sind als die Intensitäten der interessanten Ereignisse: Δpvg << pvk, Δpk << pvk, Δpg << pvk (2.11)so ist die praktische Durchführbarkeit diskreter Funktionalinterferometrie gesichert.Due to this, this condition contributes only to the background a _U. If the statistical fluctuations of the subsurface are smaller than the intensities of the interesting events: Ap vg << p vk , Δp k << p vk , Δp G << p vk (2.11) this ensures the practical feasibility of discrete functional interferometry.

Im Unterschied zum Quantenkryptographie-Verfahren, wo Einzelphotonenereignisse in Koinzidenz gezählt werden, spielt beim DFI-Verfahren die geringe Effizienz infraroter Einzelphotonendetektoren keine Rolle.in the Difference to the quantum cryptography method, where single-photon events counted in coincidence DFI technology plays the low efficiency infrared Single-photon detectors do not matter.

DFI ist also nicht auf eine möglichst kleine Wellenlänge des Pumplasers (<350nm) angewiesen.DFI So do not try to be as possible small wavelength of the pump laser (<350nm) reliant.

Daraus ergeben sich zwei Vorteile.from that There are two advantages.

Erstens sind nach dem aktuellen Stand der Technik Laser mit λ >> 350 nm wesentlich preiswerter und zweitens entwickelt sich die Glasfaser-Absorption mit steigender Wellenlänge zu Gunsten der Länge L.First According to the current state of the art lasers with λ >> 350 nm are much cheaper and secondly Glass fiber absorption evolves with increasing wavelength in favor the length L.

Idealer Weise nutzt man die optischen Fenster 1,3 und 1,5 μm, was wiederum einer Pumpwellenlänge von 650–750 nm entspricht.ideally Way, one uses the optical windows 1.3 and 1.5 microns, which in turn a pump wavelength of 650-750 nm corresponds.

Die Ensemble – Pulse sind so kurz, dass jeder Versuch die Intensitäten a und b über Zählraten zu ermitteln, scheitern wird. Aus diesem Grund nutzen wir zur Intensitätsmessung gewöhnliche Photomultiplier, die einen, von der einfallenden Photonenpuls-Intensität abhängigen, elektrischen Stromimpuls I generieren.The Ensemble - Pulse are so short that each attempt the intensities a and b over count rates to determine will fail. For this reason we use for intensity measurement ordinary Photomultipliers that have a photon pulse intensity dependent, generate electrical current pulse I.

Das Verhältnis der Intensitäten a und b ist gleich: l(a)/l(b) = a/b (2.12) The ratio of the intensities a and b is equal: l (a) / l (b) = a / b (2.12)

Es soll nun auf das Problem der LOMS Generierung eingegangen werden.It Now let's talk about the problem of LOMS generation.

LOMS gehen zurück auf eine χ-Quantenmessung. Solch ein Messprozess ist in 4 realisiert:
Leider ist die Apparatur in 4 nur dann sinnvoll, wenn die Einzelphotonen-Detektoreffizienz > 95% beträgt. Warum?LOMS go back to a χ-quantum measurement. Such a measuring process is in 4 realized:
Unfortunately, the apparatus is in 4 only useful if the single-photon detector efficiency is> 95%. Why?

Nun im Falle nichtidealer Detektoren können drei verschiedene LOMS auftreten:

Now in the case of non-ideal detectors, three different LOMS can occur:

Die Fälle a) und b) stellen ein Problem dar, denn es spricht nur ein Detektor an.The Cases a) and b) are a problem because only one detector speaks at.

Das bedeutet, im Fall a) und b) kann jeweils ein Beobachter den Zustand nicht von:

unterscheiden, es ist ihm daher nicht möglich eine Wahl von (1.54) und (1.55) vorzunehmen. Bildlich gesprochen weiß der Beobachter nicht, ob in einer „parallelen Geschichte" der jeweils andere Detektor anspricht oder nicht.This means that in case a) and b) one observer can not determine the state of:

It is therefore not possible for him to make a choice of (1.54) and (1.55). Figuratively speaking, the observer does not know whether or not the other detector responds in a "parallel history".

Dieses Problem lässt sich beheben und zwar wie folgt:
Die Detektoren D₀ und D₁ seinen voneinander hinreichend weit entfernt.This issue can be resolved as follows:
The detectors D ₀ and D ₁ are sufficiently far from each other.

Wichtig ist, dass der Detektor D₁ viel näher am Strahlenteiler steht als D₀.It is important that the detector D _{1 is} much closer to the beam splitter than D ₀ .

Die dadurch induzierte Zeitdifferenz der Detektorereignisse sei t_D. (5)The time difference of the detector events induced thereby is t _D. ( 5 )

Zwischen den Detektoren existiere ein DFI-Kanal und zwar so, dass D₀ die Bedeutung von U_∊(φ) und D₁ die Bedeutung von U_∊(ϕ) zukommt.There exists a DFI channel between the detectors in such a way that D _{0 has} the meaning of U _ε (φ) and D ₁ the meaning of U _ε (φ).

Wenn D₁ ein Ereignis zählt soll er innerhalb von t_D auf Wert 1 schalten.If D ₁ counts an event, it should switch to value 1 within t _D.

Wenn D₁ kein Ereignis zählt ist automatisch Wert 0 eingestellt.If D ₁ does not count an event, value 0 is automatically set.

Es ist leicht einzusehen, dass D₁ durch diese Vorgehensweise genau dann Makroqubits der Form 01 oder 10 generiert, wenn das Detektorereignis aus einem kohärenten χ-Zustand folgte.It is easy to see that D ₁ generates macroqubits of the form 01 or 10 by this procedure if and only if the detector event followed from a coherent χ state.

D₀ hat nun die Aufgabe in festen Zeitabständen die Intensitäten a und b zu messen. Sobald sich die Werte ¾ und ¼ ergeben, liegt eine echte LOMS vor.D ₀ now has the task of measuring the intensities a and b at fixed time intervals. As soon as the values ¾ and ¼ result, a real LOMS exists.

Aufgrund dessen, das sich diese Einsicht für D₀ vor Ablauf der Zeit t_D ergibt, er also mit dem Messergebnis noch nicht korreliert ist, ergibt sich nach Ablauf von t_D immer ein LOMS der Form c).Due to the fact that this insight for D ₀ results before expiration of the time t _D , that is, it is not yet correlated with the measurement result, a LOMS of the form c always results after expiration of t _D.

Es sei nochmals angemerkt, dass die Messwerte ¾ und ¼ nicht mit der χ-Messbasis korreliert sind, dass heißt beide Historien kennen diese Messwerte und sind sich darüber im klaren, dass sie in einer LOMS vorliegen.It It should be noted again that the measured values ¾ and ¼ do not coincide with the χ measurement basis are correlated, that is both histories know these readings and are aware of that they are in a LOMS.

Im letzten Abschnitt dieses Kapitel werden wir uns dem Quantum Eraser widmen, der die Prozeduren (1.54) und (1.55) realisiert.in the last section of this chapter we will look at the Quantum Eraser dedicate the procedures (1.54) and (1.55).

In 6 zu den Prozessen in der Umgebung U_∊(ϕ), sind zwei absorbierende Medien im Abstand L₀ und L₁ dargestellt.In 6 to the processes in the environment U _ε (φ), two absorbing media at a distance L ₀ and L ₁ are shown.

Folgendes ist zu beachten, damit die Sachverhalte (1.54) und (1.55) umgesetzt werden können:
Ausgabe 0: Das ϕ-Photon wird absorbiert bevor der φ-Partner absorbiert wird. (Kohärenz von φ während der Kontrastmessung gewährleistet)
Ausgabe 1: Das ϕ-Photon wird absorbiert nachdem der φ-Partner absorbiert wurde. (Dekohärenz von φ während der Kontrastmessung gewährleistet)The following should be noted in order for the facts (1.54) and (1.55) to be implemented:
Issue 0: The φ photon is absorbed before the φ partner is absorbed. (Ensuring coherence of φ during contrast measurement)
Issue 1: The φ photon is absorbed after the φ partner has been absorbed. (Decoherence of φ ensured during the contrast measurement)

Um diese zwei Regeln umsetzen zu können, muss gelten: L₀ << L₁ In order to be able to implement these two rules, the following must hold: L ₀ << L ₁

Für die Realisierung des Schaltmoduls gibt es nach dem Stand der Technik verschiedene Möglichkeiten. Eine Variante basiert auf Totalreflexion der ϕ-Photonen an einer optischen Grenzschicht, gesteuert über einen Piezokristall, der die Position der Grenzschicht um den kritischen Winkel variiert. Wichtig für den Schaltprozess ist dessen Geschwindigkeit, es wird noch gezeigt das t_Schalt ~ 10 ns sein sollte.For the realization of the switching module, there are various possibilities in the prior art. One variant is based on total reflection of the φ photons at an optical boundary layer, controlled by a piezoelectric crystal, which varies the position of the boundary layer by the critical angle. Important for the switching process is its speed, it is still shown that t _switching ~ 10 ns should be.

Abschließend für das Kapitel 2 kann man zur Umsetzung des DFI-Verfahrens sagen, dass nach dem Stand der Technik keine größeren Hürden zu überwinden sind. Die praktischen Herausforderungen der DFI liegen hauptsächlich im Bereich elektronischer Echtzeitdatenverarbeitung im oberen Megahertz-Bereich (100–1000 MHz), sowie in schnellen optischen Steuerprozessen (einige 100 MHz).Finally, for the chapter 2 can be said to implement the DFI method that according to the state The technology does not overcome major obstacles are. The practical challenges of the DFI are mainly in the Real-time electronic data processing in the upper megahertz range (100-1000 MHz), as well as in fast optical control processes (some 100 MHz).

3. DFI – Netzwerke3. DFI networks

In Kapitel 1 haben wir gezeigt, dass es möglich ist mit Hilfe der DFI zweifach-quantenparallele Rechnungen mit einem Prozessor durchzuführen. Dazu haben wir eine zweifache LOMS des Prozessors durch eine χ-Quantenmessung generiert.In In chapter 1 we showed that it is possible with the help of DFI double-quantum-parallel Perform calculations with a processor. We have a double LOMS of the processor by a χ-quantum measurement generated.

Nun bringt eine zweifache Quantenparallelität keine Vorteile hinsichtlich des Aufwandes der DFI und der kurzen Rechenzeiten t_C < L/c.Now a double quantum parallelism brings no advantages in terms of the expense of DFI and the short computation times t _C <L / c.

Wir wollen in diesem Kapitel drei Dinge zeigen:

1. Wie erzeugt man eine 2^k-fache Prozessor Superposition (LOMS)?
2. Welche Probleme kann ein solches System k-ter Ordnung bearbeiten?
3. Wie ermittelt man die Ausgabewerte einer solchen Quantenkalkulation?

We want to show three things in this chapter:

1. How to generate a 2 ^k -fold processor superposition (LOMS)?
2. What problems can such a k-order system handle?
3. How do you determine the output values of such a quantum calculation?

Der Punkt eins ist zumindest von theoretischer Seite aus kein Problem. Man präpariere einen Zustand:

und führe nacheinander die Messungen bezüglich der Basen:

durch. Dabei soll gelten: Δt1 + Δt2 + ... + Δtk-1 < L'/c (3.02) Point one is at least theoretically no problem. Prepare a condition:

and then take the measurements on the bases one after the other:

by. The following should apply: .delta.t 1 + Δt 2 + ... + Δt k-1 <L '/ c (3.02)

Wobei L' eine charakteristische Länge konkreter Systeme darstellt.In which L 'a characteristic Length of concrete Represents systems.

Die zeitliche Abfolge (3.01) der Quantenmessungen induziert eine spezielle Struktur lokal, makroskopischer Superpositionen. Eine solche Struktur bezeichnen wir als verschachtelte LOMS. 7 zeigt anschaulich die räumliche Verteilung einer solchen LOMS-Struktur. Befindet sich in der Umgebung U_∊(ϕ) ein klassisches Datenverarbeitungssystem, so wird dieses durch die Messung (3.01) in eine 2^k-fache Superposition gebracht.The temporal sequence (3.01) of the quantum measurements induces a special structure of local, macroscopic superpositions. Such a structure is called nested LOMS. 7 clearly shows the spatial distribution of such a LOMS structure. If a classical data processing system is located in the environment U _ε (φ), then this is brought into a 2 ^k -fold superposition by the measurement (3.01).

Als erstes soll geklärt werden, welche Aufgaben eine solche Superposition lösen kann.When first should be clarified which tasks can solve such a superposition.

Nun für solch ein hundertprozentig parallel arbeitendes System eignen sich vor allem Suchprobleme die meistens aus so genannten nichtpolynominalen Problemen abgeleitet werden.Now for such a one hundred percent parallel system are suitable most search problems mostly from so-called non-polynomial ones Problems are derived.

Es sei eine Menge M bestehend aus N = 2^k-Elementen {m₁, m₂, ..., m_N} gegeben. Gesucht ist genau ein Element m_j mit spezifischen mathematischen Eigenschaften.Let a set M consisting of N = 2 ^k -elements {m ₁ , m ₂ , ..., m _N } be given. We are looking for exactly one element m _j with specific mathematical properties.

Die Vorgehensweise des DFI-Netzwerks bei der Lösung dieses Suchproblems ist die Folgende. Die Menge M wird in zwei gleichmächtige Teilmengen M₁ und M₂ zerlegt.The approach of the DFI network in solving this search problem is as follows. The set M is split into two equal subsets M ₁ and M ₂ .

Die Überlegenheit der Quantenparalleleffizienz des DFI-Systems besteht nun darin, in kürzester Zeit zu ermitteln, in welcher der beiden Teilmengen das gesuchte Element sich befindet.The superiority the quantum parallel efficiency of the DFI system is to in no time Time to determine in which of the two subsets the sought Element is located.

Ist die entsprechende Teilmenge identifiziert, wird diese wiederum in zwei gleichmächtige Teilmengen zerlegt. Diese Teilmengen werden nun aufs Neue bezüglich des Elementes m_j durchsucht. Diese Prozedur des Zerlegens und Durchsuchens muss k-mal durchgeführt werden bis der Index j bekannt ist.Once the corresponding subset has been identified, it is again split into two equal subsets. These subsets are now re-searched for element m _j . This decomposition and search procedure must be performed k times until the index j is known.

Im Folgenden wird erläutert wie ein DFI-Netzwerk zwei Teilmengen auf das Element m_j prüft.The following explains how a DFI network checks two subsets for the element m _j .

Jede Teilmenge enthält 2^k-1-Elemente.Each subset contains 2 ^k-1 elements.

Als erstes wird ein k-faches Makroqubit-Register durch die Messung (3.01) erstellt.When first, a k-fold macroqubit register is determined by the measurement (3.01) created.

Dies übernimmt ein so genannter Makroqubit-Generator, der nach dem in Kapitel 2, zu 5 dargestellten Prinzip arbeitet.This is done by a so-called macroqubit generator, which, according to Chapter 2, too 5 illustrated principle works.

Der Zustand in U_∊(ϕ) lautet dann:

The state in U _ε (φ) is then:

Jeder Rechner C_i besitzt eine eindeutige k-bit Adresse auf der Basis seiner Messergebnisse aus (3.01). Über diese k-bit Adresse wird ihm genau ein Element aus der Menge M zugewiesen, das er auf die mathematische Eigenschaft überprüft.Each computer C _i has a unique k-bit address based on its measurement results from (3.01). This k-bit address is assigned to him exactly one element of the set M, which he checks for the mathematical property.

Die Zeit, die jedem Rechner zur Verfügung steht, um sein Element zu prüfen, ist t_C ≈ L/c.The time available to each computer to test its element is t _C ≈ L / c.

Dadurch wird sichergestellt, dass die Umgebung U_∊(φ) nach Abschluss der Prüfung noch nicht mit der Superposition (3.03) verschränkt ist.This ensures that the environment U _ε (φ) is not yet entangled with the superposition (3.03) after completion of the test.

Die Ausgabewerte jedes einzelnen Rechners C_i sind entweder 1 (spezifisches Element gefunden) oder 0 (spezifisches Element nicht gefunden).The output values of each individual computer C _i are either 1 (specific element found) or 0 (specific element not found).

Wir betrachten den Fall der Eineindeutigkeit des gesuchten Elementes bezüglich der mathematischen Eigenschaften. Das bedeutet, nur ein Rechner wird den Ausgabewert 1 erhalten.We consider the case of the uniqueness of the searched element in terms of the mathematical properties. That means only one computer will get the output value 1.

Die Ausgabewerte aller Rechner werden nun über ein DFI-Kanal auf die Intensitäten a und b in U_∊(φ) abgebildet.The output values of all computers are now mapped via a DFI channel to the intensities a and b in U _ε (φ).

Wir wissen, dass über einen DFI-Kanal nur Superpositionen aller Ausgabewerte übergeben werden können.We know that over Pass a DFI channel only superpositions of all output values can be.

Für hinreichend große k (>10) geht der einzige Wert 1 in der Informationsüberlagerung aus lauter Nullen völlig unter.For sufficient size k (> 10) is the only one Value 1 in the information overlay out of all zeros completely under.

Die Intensitäten, welche die Detektoren in U_∊(φ) erhalten, lauten entsprechend des Sachverhaltes in 8.The intensities which the detectors receive in U _ε (φ) are according to the state of affairs in 8th ,

Was aufgrund der Tatsachen aus Kapitel 2 (Untergrundschwankungen) messtechnisch akzeptabel ist, sind k = 2 Superpositionen.What based on the facts from Chapter 2 (background fluctuations) metrologically is acceptable, k = 2 superpositions.

Da jedoch ein DFI-Netzwerk erst ab k > 10 seine Dominanz gegenüber der klassischen parallelen Datenverarbeitung offenbart, ist eine andere Herangehensweise notwendig, als die in 8 dargestellte.However, since a DFI network does not reveal its dominance over classical parallel data processing until k> 10, a different approach is required than in 8th shown.

In 7 erkennt man, dass es aufgrund der zeitlichen Abfolge (3.01) verschiedene Sphären mit unterschiedlicher Superpositionsordnung gibt.In 7 one realizes that due to the time sequence (3.01) different spheres with un different Superpositions order there.

Wir positionieren so genannte Transmitter in den zeitabhängigen Sphärenbereichen so, dass zu einem kleinen Zeitintervall Δt_TM = Min{Δt₁, ..., Δt_k-1} in jeder Sphäre (k-j)-ter Ordnung mit j = {2, 4, ...} sich genau ein Transmitter befindet.We position so-called transmitters in the time-dependent sphere domains such that at a small time interval Δt _TM = Min {Δt ₁ , ..., Δt _k-1 } in each sphere (kj) -th order with j = {2, 4, ...} is exactly one transmitter.

9 verdeutlicht diesen Sachverhalt für k = 5. 9 clarifies this fact for k = 5.

Wie man anhand 9 sehen kann, ist es wichtig k so zu wählen, dass während Δt_TM die Umgebung U_∊(φ) in einer zweifachen Superposition vorliegt.How to use 9 It is important to choose k such that during Δt _TM the environment U _ε (φ) is in a double superposition.

Dadurch wird sichergestellt, dass U_∊(φ) die Teilmenge, in der sich das Element befindet (1) oder nicht befindet (0), identifizieren kann.This ensures that _Uε (φ) can identify the subset in which the element is (1) or not (0).

Ein Transmitter (11) verbindet zwei DFI-Kanäle. Dabei tätigt er folgende Umformungen: i) a = 0.875 b = 0.125 (Gemessener Interferenzkontrast) Eingabewert : Ausgabewert 0001 1 0010 1 0100 1 1000 1 ii) a = 1 b = 0 (Gemessener Interferenzkontrast) Eingabewert : Ausgabewert 0000 0 A transmitter ( 11 ) connects two DFI channels. He makes the following transformations: i) a = 0.875 b = 0.125 (Measured Interference Contrast) Input value: output value 0001 1 0010 1 0100 1 1000 1 ii) a = 1 b = 0 (measured interference contrast) Input value: output value 0000 0

Die Detektoreinheit in U_∊(φ) arbeitet hinsichtlich der Datenauswertung i) und ii) genauso wie ein Transmitter.The detector unit in U _ε (φ) works in the same way as a transmitter with regard to the data evaluation i) and ii).

Die Baumstruktur der Makroqubit-Abbildungen in einem DFI-Netzwerk ermöglicht, eine nach dem aktuellen Stand der Technik messtechnisch motivierte, Zerlegung einer 2^k-fache LMOS in 2⁰- oder 2¹-fache Einzelsysteme.The tree structure of Makroqubit-pictures in a DFI network allows a metrologically motivated according to the current state of the art, decomposition of a 2 ^k -fold LMOS in 2 ⁰ - 2 ¹ -fold or individual systems.

4. Aufbau eines k = 257 Netzwerks4. Construction of a k = 257 network

Die Erfindung betreffend, wird in diesem Kapitel ein DFI-Netzwerk (k = 257) explizit dimensioniert. Erfindungsgemäß werden dazu quantenmechanische Elemente und klassische Datenverarbeitung kombiniert. Daher bezeichnen wir den in 10 abgebildeten schematischen Aufbau als Semiklassischen Quantencomputer (SQC).With regard to the invention, a DFI network (k = 257) is explicitly dimensioned in this chapter. According to the invention, quantum mechanical elements and classical data processing are combined for this purpose. Therefore we call the in 10 pictured schematic structure as a semiclassical quantum computer (SQC).

Arbeitsweise des SQC.Operation of the SQC.

Der Makroqubit-Generator führt Messungen der Form (3.01) durch.Of the Macroqubit generator performs Measurements of the form (3.01) by.

Zu jeder Einzelmessung entstehen jeweils zweifache LOMS.To each individual measurement results in two LOMS.

k-Einzelmessungen generieren also 2^k lokal dekohärente Historien (LDH). Jede einzelne LDH besitzt eine k-bit Adresse, die aus den individuellen Messergebnissen der k-Einzelmessungen konstruiert wurde.k single measurements thus generate 2 ^k locally decoherent histories (LDH). Each individual LDH has a k-bit address, which was constructed from the individual measurement results of the k single measurements.

Für jede Einzelmessung fügt die LDH entweder 0 (Messwert zu |χ₀>) oder 1 (Messwert zu |χ₁>) zur eigenen Adresse hinzu.For each individual measurement, the LDH adds either 0 (measured value to | χ ₀ >) or 1 (measured value to | χ ₁ >) to its own address.

Will man erreichen, dass die Zuordnung der Adressen zu den einzelnen LDH eineindeutig ist, so wird man bei jeder Einzelmessung vor die Probleme (2.13)–(2.16) gestellt.Want One can accomplish that the assignment of the addresses to the individual LDH is one-to-one, so one gets at each single measurement before the Problems (2.13) - (2.16) posed.

Die Lösung der Probleme wird in Kapitel 2 beschrieben und ist in 5 dargestellt.The solution of the problems is described in chapter 2 and is in 5 shown.

Mit Hilfe der k-bit Adressierung kann jeder einzelnen LDH, ein individueller Inputzustand für die klassische Datenverarbeitung zugewiesen werden. Bezüglich eines Beobachters, außerhalb der LOMS, liegen diese klassischen Inputs in einer Überlagerung vor, genau wie die Outputs nach der Datenverarbeitung. (Makroqubits)With Help of k-bit addressing can be individual to each individual LDH Inputzustand for to be assigned the classical data processing. Regarding one Observer, outside LOMS, these classic inputs are superimposed before, just like the outputs after data processing. (Makroqubits)

Erfindungsgemäß kann ein Beobachter mittels DFI-Verfahren innerhalb verschachtelter Dekohärenz-Strukturen, generiert durch (3.01), auf die Überlagerung der Qutputs zugreifen.According to the invention can Observers using DFI techniques within nested decoherence structures, generated by (3.01), on the overlay access the Qutputs.

Dazu dienen nach 10 mehrere DFI-Kanäle, die mittels Glasfaser über eine Strecke L + 127 L_T lineare angeordnet und jeweils durch einen Transmitter (11), bestehend aus einem Quantum Eraser und einer Detektoreinheit, verbunden sind.Serve for 10 several DFI channels, which are arranged linearly by means of glass fiber over a distance L + 127 L _T and in each case by a transmitter ( 11 ) consisting of a quantum eraser and a detector unit.

Allgemeine Daten:

General data:

Der wichtigste Punkt für das Funktionieren der Anlage ist die perfekte zeitliche Abstimmung aller Komponenten. Dafür sorgt die Timereinheit mit einer Genauigkeit von ~ 1 ns.Of the most important point for the functioning of the system is the perfect timing all components. Therefore ensures the timer unit with an accuracy of ~ 1 ns.

Die Hauptschwierigkeit der Anlage liegt im Makroqubit-Generator.The The main difficulty of the system lies in the makroqubit generator.

Nach 5 umfasst dieser ein eigenes DFI-System.To 5 this includes its own DFI system.

Mit einer Frequenz von 3–30 MHz (je nach Detektoreffizienz) werden Quantenzufallsereignisse produziert und mittels DFI-Kanal auf LOMS geprüft. Diese Prüfung erfolgt ebenfalls mit 3–30 MHz.With a frequency of 3-30 MHz (depending on detector efficiency) become quantum random events produced and tested by means of DFI channel on LOMS. This check is made also with 3-30 MHz.

Wichtig ist das man im regelmäßigen Abstand von 3,2 μs eine LOMS Adressierung vornehmen kann. Das Problem ist, dass nach 257 Adressierungen im günstigen Fall bis zu 100 J Pumpenergie eingebracht wurde.Important is that one at regular intervals of 3.2 μs can make a LOMS addressing. The problem is that after 257 addresses in the cheap Case up to 100 J pump energy was introduced.

Je nach Empfindlichkeit der BBO-Kristalle zur Down Conversion muss die Makroqubit-Generierung gegebenenfalls auf mehrere parallele DFI-Kanäle aufgeteilt werden.ever sensitivity of BBO crystals to down conversion the macroqubit generation if necessary on several parallel DFI channels be split.

Der etwa 1ms andauernde Prozess wird, nach dem Suchalgorithmus aus Kapitel 3, k mal durchgeführt, was eine Gesamtrechenzeit von weniger als einer Sekunde zur Folge hat.Of the about 1ms lasting process, according to the search algorithm from chapter 3, k performed times, which results in a total computing time of less than a second Has.

Die Möglichkeit einen 257-Bit Datenraum in weniger als einer Sekunde zu durchsuchen stellt alle bekannten Großrechner in den Schatten, zumal der finanzielle Aufwand zum Bau eines k = 257 Systems wesentlich geringer ausfallen wird (Schätzung: < 5 Mio. EUR) als es im Bereich der „Supercomputer" üblich ist.The possibility to search a 257-bit data space in less than a second represents all known mainframes in the shadows, especially the financial effort to build a k = 257 system will be significantly lower (estimate: <EUR 5 million) than it is common in the field of "supercomputer".

Von besonderer Brisanz sind die Möglichkeiten der DFI-Netzwerktechnologie im Bereich Kryptographie. Mit dem oben dargestellten System ist es ohne weiteres möglich, eine Brute-Force Attacke im vollständigen 256 Bit-Schlüsselraum durchzuführen.From particular explosiveness are the possibilities DFI network technology in cryptography. With the above It is easily possible to use a brute-force attack in full 256 bit key space perform.

Der Aufwand für 512 Bit, 1024 Bit, ... Schlüsselräume steigt linear an.Of the Effort for 512 bits, 1024 bits, ... key spaces increases linear.

Die Sicherheit der asymmetrische RSA-Kryptogrphie ist ebenfalls akut durch ein k > 256 DFI-Netzwerk gefährdet.The Safety of asymmetric RSA cryptogrphism is also acute through a k> 256 DFI network at risk.

Die Laufzeit des allgemeinen Zahlkörpersiebs mit:

liegt für 10⁹ Flops/s:
RSA –1024 ⇒ 10¹⁷s CPU Zeit
RSA –2048 ⇒ 10²⁶s CPU Zeit
RSA –4096 ⇒ 10³⁸s CPU Zeit
RSA –8192 ⇒ 10⁵³s CPU ZeitThe runtime of the general number-body sieve with:

is for 10 ⁹ flops / s:
RSA -1024 ⇒ 10 ¹⁷ s CPU time
RSA -2048 ⇒ 10 ²⁶ s CPU time
RSA -4096 ⇒ 10 ³⁸ s CPU time
RSA -8192 ⇒ 10 ⁵³ s CPU time

Dazu im Vergleich, k = 257 System mit 10⁸⁰s CPU Zeit.In comparison, k = 257 system with 10 ⁸⁰ s CPU time.

Der Große Spielraum, zwischen den CPU-Zeiten, die bis zu RSA-8192 benötigt werden und der zur Verfügung stehenden parallelen CPU Zeit eines k = 257 DFI Netzwerks, kann ausgenutzt werden, um die Komplexität des schlecht parallelisierbaren Matrixschrittes des Zahlkörpersiebs auf den Siebschritt zu verlagern, so dass der Siebschritt zwar ineffizienter wird, gleichzeitig aber der Matrixschritt massiv an Umfang verliert.Of the Size Travel, between CPU times needed up to RSA-8192 and the available can stand parallel CPU time of a k = 257 DFI network be exploited to the complexity of the bad parallelizable Matrix step of the number field sieve to shift to the screening step, so that the screening step, although inefficient At the same time, however, the matrix step loses massively.

Claims

Method for transmitting quantum-mechanical information overlays (macro-qubits) between the space-time regions U (P _χ ) and M / U (P _χ ), characterized in that particles are prepared for the transmission ensemble in pairs over the termination δU (P _χ ) after (1 ) in the observables φ and φ are entangled:

wherein the information overlays, by controlled interaction of the φ _i ^(k) states with physical systems of U (P _χ ), on the amplitudes: (φ 1 (K) | Ψ) (φ 2 (K) | ψ) (2) and thus non-local to physical measured quantities (3) in M / U (P _χ ).

According to the method, M represents the entire Minkowski spacetime P _χ symbolizes the world event quantum measurement at state χ with respect to a n> 1-dimensional Hilbert space basis | u _i >. Let U (P _χ ) be exactly the region in which the density matrix is the "world state" with respect to the base | u _i >, diagonal (the region correlated with | u _i >) M / U (P _χ ) is exactly the region in the density matrix is "non-diagonal" to the "world state" with respect to the base | u _i >. (the one with | u _i >, uncorrelated range) The states φ _i ^(k) in (1), (2), and (3) belong (in the sense of the first quantization) to particles that are located in U (P _χ ) , The states φ _i ^(k) in (1), (2) and (3) belong (in the sense of the first quantization) to particles which are localized in M / U (P _χ ).

An apparatus according to claim 1, which is the state (1) with wegverschränkten Photons realized.

A device characterized that they are transferring of macroqubits according to claim 1 in electronic data processing uses.

An apparatus according to claims 1-3, characterized in that data, as described in chapters 3 and 4, become the schema in 10 , electronically processed.

A device characterized that they are transferring of macroqubits according to claim 1 for processing cryptographic Uses problems.