For identiske kvantekanaler, ordensspørgsmål

Fysikere har demonstreret, at brug af to kvantekanaler i forskellige ordrer kan forbedre et kommunikationsnetværks evne til at overføre information - selv, kontraintuitivt, når kanalerne er identiske. Dette resultat ligger i stærk kontrast til, hvordan tingene fungerer med identiske klassiske kanaler (eller stort set alt andet, der er identisk), hvor brug af dem i en anden rækkefølge ikke burde gøre nogen forskel.

Fysikere Daniel Ebler, Sina Salek, og Giulio Chiribella har udgivet et papir om denne usædvanlige egenskab ved kvantekanaler og dens potentielle fordele for kvantekommunikation i et nyligt nummer af Fysisk gennemgangsbreve .

"Dette er et nyt paradigme for kvantekommunikation, " fortalte Salek Phys.org . "Ikke alene er informationsbærere kvante, men også kommunikationskanalerne kan kombineres på en kvante måde. I dette nye paradigme, det er muligt at kommunikere i situationer, hvor normalt ingen kommunikation ville være mulig. "

Informationsteori, banebrydende ved det grundlæggende arbejde fra Claude Shannon, blev oprindeligt formuleret som en klassisk teori, men har i de senere år givet anledning til kvante Shannon teori. Selvom kvantekommunikationsnetværk bruger kvantepartikler og kvanteprocesser til at kode og afkode information, de faktiske kanaler er stadig forbundet på en klassisk måde – dvs. i en fast rækkefølge. Det betyder, at kvantepartikler, der rejser gennem netværket, altid vil passere gennem kanalerne i samme rækkefølge hver gang.

I den nye undersøgelse, fysikerne undersøgte muligheden for at forbinde to identiske kanaler i en kvantesuperposition af forskellige ordrer. At gøre dette, de brugte en operation kaldet en "kvantekontakt", der tager to identiske kanaler som input og skaber en ny kanal, hvor rækkefølgen af ​​de to inputkanaler er viklet ind i et kontrolsystem. De viste derefter, at den resulterende kvanteoverlejring af kanalordrer kan bruges til at kommunikere klassisk information i dette netværk, hvilket er umuligt at gøre, når ordren er fast.

Som fysikerne forklarer, resultaterne kan virke paradoksale, fordi udveksling af rækkefølgen af ​​to identiske kanaler ikke ser ud til at have nogen effekt i et almindeligt kvantekredsløb. Imidlertid, kvantekanaler er i sagens natur støjende, og derfor kan hver kanal nedbrydes til en tilfældig blanding af forskellige processer. Nogle af disse processer pendler ikke med hinanden - dvs. at bruge processerne i forskellige rækkefølger giver forskellige resultater - og derfor overføres disse forskelle til selve kanalerne.

Denne underliggende tilfældighed fører til evnen til at skabe en kanal, der transmitterer information - information, der hverken er indeholdt i systemets tilstand alene eller i kontroltilstanden alene, men snarere i sammenhængene mellem dem.

Fysikerne beregnede den maksimale mængde information, der kan transmitteres ved at skifte to identiske kanaler, og de forventer, at det kan være muligt at kommunikere flere oplysninger ved at bruge yderligere kopier af disse kanaler. I samarbejde med professor Philip Walthers gruppe i Wien, de planlægger nu at implementere deres kommunikationsprotokol med fotoner.

"Målet er at udvikle en komplet teori om kommunikation, udvide Shannons teori til situationer, hvor forskellige transmissionslinjer kan kombineres på en kvante måde, "Sagde Salek.

© 2018 Phys.org