Fysikere viser, at det er umuligt at maskere kvanteinformation i korrelationer

Information gemmes typisk i fysiske systemer, f.eks. hukommelsesenheder. Men i en ny undersøgelse, fysikere har undersøgt en alternativ måde at gemme og skjule oplysninger på, hvilket er ved kun at lagre det i kvantekorrelationerne mellem to eller flere systemer, frem for i selve systemerne. Denne idé, som kaldes "maskering, "er en måde at gøre oplysningerne utilgængelige for alle, uden at ødelægge det (da det er umuligt at ødelægge kvanteinformation).

Selvom tidligere forskning har vist, at det er muligt at maskere klassisk information, i den nye undersøgelse viser fysikerne, at maskering af kvanteinformation for to systemer generelt er umulig, med visse undtagelser. Resultaterne fremhæver en vigtig forskel mellem klassisk og kvanteinformation, og - på grund af undtagelserne - kan føre til potentielle applikationer til hemmeligt at dele kvanteinformation.

Fysikerne, Kavan Modi ved Monash University i Australien, sammen med Arun Kumar Pati, Aditi Sen (De) og Ujjwal Sen ved Harish-Chandra Research Institute i Indien, har udgivet et papir om umuligheden af ​​at maskere kvanteinformation i et nyligt nummer af Fysisk gennemgangsbreve .

Ingen maskering

"Quantum information adskiller sig fra klassisk information på mange måder, "Fortalte Pati Phys.org . "Forskere har overvejet dette spørgsmål siden de tidlige dage med kvanteinformation og er kommet med flere vigtige no-go-resultater, såsom ikke-kloning, den ikke-slette, og de skjulte sætninger. "(I 2007, Pati og medforfatter Samuel Braunstein beviste den skjulte sætning.)

Som deres navne antyder, disse no-go sætninger forbyder kloning, sletter, og skjulning af kvanteinformation - alle operationer, der er tilladt for klassisk information. Forskellen opstår, fordi no-go-sætningerne stammer direkte fra kvantemekanikkens grundlæggende love og derfor ikke har nogen klassiske modstykker, hvilket tyder på, at kvanteinformation på en måde er mere robust end klassisk information.

Den nye undersøgelse tilføjer en anden no-go-sætning til listen:no-masking-sætningen. Fysikerne beviste, at det er umuligt at kortlægge kvanteinformation (i form af kvantetilstande) fra et fysisk system, EN, til kvantekorrelationerne mellem A og et andet fysisk system, B, på en sådan måde, at hverken A eller B indeholder disse oplysninger. Det er, det er ikke muligt at lagre kvanteinformation fuldstændigt i korrelationerne, på en måde "spredt det ud" mellem de to systemer.

"I maskeringsprocessen, vi stiller spørgsmålet:Hvis der ikke findes kvanteinformation i delsystemet A eller delsystemet B, kan disse oplysninger kun forblive i kvantekorrelationerne, som Einstein kaldte de 'uhyggelige' korrelationer? "sagde Modi." Maskering har mere at gøre med fuldstændig afskærmning af information i begge delsystemer, så det ikke er muligt at læse op af hverken A eller B. Derefter, vi beviser, at hvis kvanteinformation er blind for både delsystemerne A og B, og vi ønsker kun at holde oplysningerne skjult i de uhyggelige sammenhænge, så er det ikke tilladt af kvantemekanik. "

Bemærkelsesværdige undtagelser

Selvom sætningen uden maskering gælder for vilkårlige kvantetilstande, fysikerne viser også, at et overraskende stort antal særlige kvantetilstande kan maskeres. Lignende undtagelser findes for ikke-kloning og ikke-sletning af sætninger, hvor kloning og sletning ligeledes er mulig for visse kvantetilstande, såsom ortogonale tilstande. Sammen, disse fund viser, hvor sløret grænsen er mellem kvante- og klassisk information.

En yderligere advarsel om den ikke-maskerende sætning er, at den kun gælder for to systemer. Når et tredje system er inkluderet, fysikerne viser, at maskering kan være mulig for enhver vilkårlig kvantetilstand. Imidlertid, forskerne bemærker, at der er måder at komme uden om denne maskering, i hvert fald delvist.

"Samarbejde mellem to af parterne kan afsløre en del af den maskerede kvanteinformation ved hjælp af en strategi kaldet fejlkorrektionskoder, som omhandler kodning af kvanteinformation i flerpartsstater, "Sagde Sen.

Umulighed implikationer

En implikation af de nye resultater er, at de viser, at det er umuligt at designe en "qubit engagement protokol, "som generaliserer de berømte resultater for" no bit commitment. "Denne forskningslinje behandler spørgsmålet om, hvorvidt det er muligt for en part at forpligte sig til at vælge bitens tilstand (0 eller 1) eller - i det nye resultat - en qubit (0, 1, eller en superposition af begge). Tidligere undersøgelser har vist, at engagement er umuligt for bits, og den nye undersøgelse tilføjer nu, at det også er umuligt for qubits. Det betyder, at nogen altid kan snyde ved at foregive at vælge en qubit -tilstand, men derefter skifte. Som fysikerne forklarer, no-bit/qubit forpligtelsesresultaterne har vigtige konsekvenser for design af sikre kvantekommunikationsprotokoller.

"En af de vigtigste konsekvenser af sætningen uden maskering er, at dette fører til et nyt umuligt resultat, nemlig, den no-qubit forpligtelse, "Sagde Pati." Da det ikke kun er muligt at skjule oplysninger i korrelationerne, det er umuligt at gøre Alice og Bob blinde for kvanteoplysningerne. Med andre ord, to parter kan ikke være blinde på samme tid, hvis kvanteinformation er kodet i fælles todelt tilstande. Man kan være blind, men ikke begge dele. I begge tilfælde, oplysninger kan ikke kun holdes hemmelige i sammenhængene. Dette er stærkere end no-bit engagement protokollen. "

I fremtiden, fysikerne planlægger yderligere at undersøge sætningen uden maskering og dens undtagelser-de maskerbare sæt og delmaskerne.

"Dette kan vise sig nyttigt til at designe kvanteinformationsprotokoller, der kræver at skjule og hemmeligt dele kvanteinformation, "Sagde Sen (De).

© 2018 Phys.org