Forskere opnår direkte kontrafaktisk kvantekommunikation

(Phys.org) – I det ikke-intuitive kvantedomæne, Fænomenet kontrafaktualitet defineres som overførslen af ​​en kvantetilstand fra et sted til et andet uden nogen kvante eller klassiske partikler transmitteret mellem dem. Kontrafaktualitet kræver en kvantekanal mellem websteder, hvilket betyder, at der er en lille sandsynlighed for, at en kvantepartikel vil krydse kanalen - i så fald, kørsel af systemet kasseres, og en ny begynder. Det virker på grund af bølge-partikel-dualiteten, der er grundlæggende for partikelfysik:Partikler kan beskrives ved bølgefunktion alene.

Godt forstået som et brugbart skema af fysikere, teoretiske aspekter af kontrafaktisk kommunikation er dukket op i tidsskrifter, men indtil for nylig, der har ikke været nogen praktiske demonstrationer af fænomenet. Nu, et samarbejde mellem kinesiske videnskabsmænd har designet og eksperimentelt testet et kontrafaktisk kommunikationssystem, der med succes overførte en monokrom bitmap fra et sted til et andet ved hjælp af en indlejret version af kvante Zeno-effekten. De har rapporteret deres resultater i Proceedings of the National Academy of Sciences .

Kvante Zeno-effekten opstår, når et ustabilt kvantesystem udsættes for en række svage målinger. Ustabile partikler kan aldrig henfalde, mens de bliver målt, og systemet er effektivt fastfrosset med meget stor sandsynlighed. Dette er en af ​​implikationerne af det velkendte, men meget ikke-intuitive princip, at at se på noget ændrer det i kvanteverdenen.

Ved at bruge denne effekt, forfatterne af den nye undersøgelse opnåede direkte kommunikation mellem steder uden bærerpartikeltransmission. I den opsætning, de har designet, to enkeltfoton-detektorer blev placeret i udgangsportene på den sidste af en række stråledelere. Ifølge kvante Zeno-effekten, det er muligt at forudsige, hvilken enkeltfotondetektor der vil "klikke", når fotoner får lov at passere. Systemets indlejrede interferometre tjente til at måle systemets tilstand, derved forhindrer det i at ændre sig.

Alice overfører en enkelt foton til det indlejrede interferometer; det detekteres af tre enkeltfotondetektorer, D ₀ , D ₁ og D _f . Hvis D ₀ eller D ₁ klik, Alice konkluderer et logisk resultat på et eller nul. Hvis D _f klik, resultatet anses for uoverskueligt, og kasseres i efterbehandlingen. Efter kommunikationen af ​​alle bits, forskerne var i stand til at samle billedet igen - en monokrom bitmap af en kinesisk knude. Sorte pixels blev defineret som logisk 0, mens hvide pixels blev defineret som logik 1.

Ideen kom fra holografiteknologi. Forfatterne skriver, "I 1940'erne, en ny billedbehandlingsteknik - holografi - blev udviklet til at registrere ikke kun lysintensiteten, men også lysets fase. Man kan så stille spørgsmålet:Kan selve lysfasen bruges til billeddannelse? Svaret er ja." I eksperimentet, lysets fase blev selv bæreren af ​​information, og intensiteten af ​​lyset var irrelevant for eksperimentet.

Forfatterne bemærker, at udover anvendelser inden for kvantekommunikation, teknikken kunne bruges til sådanne aktiviteter som billeddannelse af gamle artefakter, der ville blive beskadiget af direkte skinnende lys.

© 2017 Phys.org