Et nyt alfabet til at skrive og læse kvantebeskeder med meget hurtige partikler

Quantum information er afhængig af muligheden for at skrive beskeder i en kvantepartikel og læse dem ud på en pålidelig måde. Hvis, imidlertid, partiklen er relativistisk, hvilket betyder, at den bevæger sig med hastigheder tæt på lysets hastighed, det er umuligt for standardteknikker at afkode budskabet utvetydigt, og kommunikationen mislykkes derfor.

Takket være indførelsen af ​​en ny metode, forskere ved universitetet i Wien og det østrigske videnskabsakademi har udviklet pålidelig afkodning af kvantemeddelelser, der transmitteres ved ekstremt høje hastigheder. Resultaterne, offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve , åbner nye muligheder for teknologiske applikationer inden for kvanteinformation og kvantekommunikation.

Forestil dig følgende situation:Anna og Bill ønsker at udveksle en besked ved at bruge en egenskab af en kvantepartikel, sige spin af en elektron, som er en iboende form for partikels rotation. Bill har brug for Annas besked så hurtigt som muligt, så Anna skal sende elektronen med maksimal hastighed, meget tæt på lysets hastighed. Da Anna har elektronen i sit laboratorium lokaliseret, Heisenberg -usikkerhedsprincippet forbyder elektronens hastighed at blive defineret med vilkårlig præcision. Når elektronen bevæger sig med ekstremt høj hastighed, samspillet mellem særlig relativitet og kvantefysik får elektronens spin og hastighed til at vikle sig sammen. På grund af denne sammenhæng, som er stærkere end hvad der er klassisk muligt, Bill er ikke i stand til at læse spinet op med standardmetoden. Kan Anna og Bill forbedre deres kommunikationsstrategi?

En gruppe forskere ledet af Časlav Brukner ved universitetet i Wien og Institute for Quantum Optics and Quantum Information (IQOQI-Vienna) fra det østrigske videnskabsakademi har introduceret et nyt alternativ til det standardalfabet, der bruges af Anna og Bill. Deres teknik garanterer, at budskabet, skrevet af Anna og læst af Bill, kan afkodes entydigt, selv når partiklen opfører sig i henhold til både kvantemekanik, på grund af Heisenbergs usikkerhedsprincip, og særlig relativitet, på grund af dens meget høje hastighed.

Den nye metode som præsenteret i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve leverer en ny definition af spin af kvantepartikler, der bevæger sig meget hurtigt. Dermed, det ændrer både måden Anna skriver beskeden og måden Bill læser den på. Nøglen til denne teknik er en "oversættelse" af den måde, meddelelsen ville blive skrevet og læst mellem standardalfabetet, bruges når elektronen er i ro, og det nye alfabet, bruges når elektronen bevæger sig meget hurtigt.

"Disse resultater er vejledende for, at denne oversættelsesprocedure kan åbne op for nye applikationer inden for relativistisk kvanteinformation, "siger Flaminia Giacomini, hovedforfatter til papiret. For eksempel, denne teknik kan være nyttig i satellitbaseret kvantekommunikation, hvor en partikel, der bærer en besked, hurtigt må rejse mellem to fjerntliggende punkter.