Fysiker har visat att användning av två kvantkanaler i olika ordningar kan förbättra kommunikationsnätets förmåga att överföra information - till och med, kontraintuitivt, när kanalerna är identiska. Detta resultat ligger i stark kontrast till hur saker fungerar med identiska klassiska kanaler (eller i stort sett allt annat som är identiskt), där användning av dem i en annan ordning inte borde göra någon skillnad.

Fysiker Daniel Ebler, Sina Salek, och Giulio Chiribella har publicerat ett papper om denna ovanliga egenskap hos kvantkanaler och dess potentiella fördelar för kvantkommunikation i ett nyligen utgåva av Fysiska granskningsbrev .

"Detta är ett nytt paradigm för kvantkommunikation, "Berättade Salek Phys.org . "Det är inte bara bärarna av information som är kvant, men också kommunikationskanalerna kan kombineras på ett kvantiskt sätt. I detta nya paradigm, det är möjligt att kommunicera i situationer där normalt ingen kommunikation skulle vara möjlig. "

Informationsteori, föregångare av det viktiga arbetet av Claude Shannon, formulerades ursprungligen som en klassisk teori, men de senaste åren har gett upphov till kvant Shannon -teori. Även om kvantkommunikationsnätverk använder kvantpartiklar och kvantprocesser för att koda och avkoda information, de faktiska kanalerna är fortfarande anslutna på ett klassiskt sätt - det vill säga i en fast ordning. Detta innebär att kvantpartiklar som reser genom nätverket alltid kommer att passera genom kanalerna i samma ordning varje gång.

I den nya studien, fysikerna undersökte möjligheten att ansluta två identiska kanaler i en kvantöverlagring av olika ordningar. Att göra detta, de använde en operation som kallas en "kvantomkopplare" som tar två identiska kanaler som ingångar och skapar en ny kanal där ordningen för de två ingångskanalerna är intrasslad med ett styrsystem. De visade sedan att den resulterande kvantöverlagringen av kanalorder kan användas för att kommunicera klassisk information i detta nätverk, vilket är omöjligt att göra när ordern är fixad.

Som fysikerna förklarar, resultaten kan verka paradoxala eftersom utbyte av ordningen för två identiska kanaler inte verkar ha någon effekt i en vanlig kvantkrets. Dock, kvantkanaler är i sig bullriga, och så kan varje kanal sönderdelas till en slumpmässig blandning av olika processer. Vissa av dessa processer pendlar inte med varandra - det vill säga att använda processerna i olika ordningar ger olika resultat - och så går dessa skillnader över till kanalerna själva.

Denna underliggande slumpmässighet leder till förmågan att skapa en kanal som överför information - information som varken finns i systemets tillstånd ensam eller i tillståndet för kontrollen ensam, utan snarare i samband mellan dem.

Fysikerna beräknade den maximala mängden information som kan överföras genom att byta två identiska kanaler, och de förväntar sig att det kan vara möjligt att kommunicera mer information genom att använda ytterligare kopior av dessa kanaler. I samarbete med gruppen av Philip Walther i Wien, de planerar nu att implementera sitt kommunikationsprotokoll med fotoner.

"Målet är att utveckla en fullständig teori om kommunikation, utvidga Shannons teori till situationer där olika överföringslinjer kan kombineras på ett kvantiskt sätt, "Sa Salek.

© 2018 Phys.org