Fysikere foreslår et andet kvantiseringsniveau for quantum Shannon -teori

Informationsteori, som blev udviklet af Claude Shannon fra slutningen af ​​1940'erne, behandler spørgsmål som f.eks. hvor hurtigt information kan sendes over en støjende kommunikationskanal. Begge informationsbærere (f.eks. fotoner) og kanalen (f.eks. optisk fiberkabel) antages at være klassiske systemer, med veldefinerede, fuldt ud at skelne stater.

I de sidste to årtier har fysikere har udviklet en kvanteversion af informationsteori, hvor hver informationsbærers interne tilstand har kvanteegenskaber, såsom superposition - evnen til at indtage to eller flere klassiske tilstande på én gang. Men transmissionslinjerne antages generelt stadig at være klassiske, så den vej, som meddelelser i rummet tager, altid er veldefineret.

Nu i et nyt papir, fysikere Giulio Chiribella og Hlér Kristjánsson ved University of Oxford og University of Hong Kong har foreslået et andet kvantiseringsniveau, hvor både informationsbærerne og kanalerne kan være i kvantesuperposition. I dette nye paradigme for kommunikation, informationsbærerne kan rejse gennem flere kanaler samtidigt.

"Dette arbejde danner grundlag for en ny teori om kommunikation, hvor spredning af information i rum og tid behandles kvantemekanisk, "Fortalte Chiribella Phys.org . "Det åbner nye veje for kvantekommunikationsnetværk og for et fremtidigt kvanteinternet, hvor data kunne sendes fra en afsender til en modtager via flere kvanteservere. Udnytter interferens fra forskellige kommunikationsveje, det vil være muligt at kommunikere mere effektivt og mere sikkert. På det grundlæggende niveau, transmissionen af ​​meddelelser langs flere baner kan give anledning til grundlæggende test af rumtidens kvantekarakter. "

Dette kanalsuperpositionsfænomen kan observeres i det berømte dobbeltspalteeksperiment, hvor en enkelt foton synes at passere gennem to slidser på én gang. Selvom der kun bruges en enkelt foton, foton skaber et interferensmønster på detektoren. Den bedste forklaring på interferensmønsteret er, at fotonet forstyrrede sig selv, som en bølge, efter samtidig at have rejst gennem begge slidser langs to forskellige stier.

Når en informationsbærer får lov til at rejse gennem to kommunikationskanaler samtidigt, det kan tilbyde fordele såsom reduceret støj (på grund af forstyrrelse af støj på forskellige stier) og en højere kanalkapacitet. Disse fordele er blevet påvist i nylige forsøg med fotoner.

I det nye papir, fysikerne måtte konfrontere nogle af de udfordringer, der var forbundet med at indarbejde overlejring af kanaler i en kvanteteori om information. En af udfordringerne er at beskrive overlejring af kanaler på en kompositorisk måde, så en kanals adfærd kan forudsiges, når den bruges i kombination med andre kanaler. En anden udfordring er, at informationsbærernes overlejring af interne tilstande klart skal adskilles fra superpositionen af ​​stier. Ellers, selve stien bliver en del af budskabet, og systemet kan beskrives ved hjælp af den konventionelle kvante -ramme.

Ved at tage fat på disse udfordringer, fysikerne formulerede en kvantekommunikationsmodel, der kan bruges til at beregne mængden af ​​information, der pålideligt kan transmitteres, når man bruger et givet antal kanaler i en kvantesuperposition. Modsat, fysikerne viste, at for visse former for støj, superposition af kanaler, sammen med muligheden for at skifte kanal med sig selv, kunne bruges til helt at fjerne al støj. Dette åbner muligheden for at opnå perfekt kvantekommunikation i en støjende kanal.

"Vores arbejde definerede en kommunikationsmodel og gav et par principielle eksempler, "Sagde Chiribella." Men dette har kun ridset overfladen af, hvad der kan opnås med superpositionen af ​​kvantekommunikationskanaler. Vi undersøger nu kraften i korrelationer blandt dem. Hvis to baner besøger den samme region, processen, som informationsbæreren oplever i den første bane, kan korreleres med processen, der opleves i den anden bane. Ved at udnytte disse korrelationer på en smart måde, det er muligt at forbedre kommunikationsydelsen ud over, hvad der kan gøres med overlejring af uafhængige kanaler. At få styr på disse sammenhænge vil give os ny indsigt i de særegne måder, hvorpå kvanteinformation formerer sig i rum og tid. "

© 2019 Science X Network