Information lagras vanligtvis i fysiska system, t.ex. minnesenheter. Men i en ny studie, fysiker har undersökt ett alternativt sätt att lagra och dölja information, vilket är genom att bara lagra det i kvantkorrelationerna mellan två eller flera system, snarare än i själva systemen. Denna idé, som kallas "maskering, "är ett sätt att göra informationen otillgänglig för alla, utan att förstöra den (eftersom det är omöjligt att förstöra kvantinformation).

Även om tidigare forskning har visat att det är möjligt att maskera klassisk information, i den nya studien visar fysikerna att maskering av kvantinformation för två system är omöjligt i allmänhet, med vissa undantag. Resultaten belyser en viktig skillnad mellan klassisk och kvantinformation, och - på grund av undantagen - kan leda till potentiella applikationer för att i hemlighet dela kvantinformation.

Fysikerna, Kavan Modi vid Monash University i Australien, tillsammans med Arun Kumar Pati, Aditi Sen (De) och Ujjwal Sen vid Harish-Chandra Research Institute i Indien, har publicerat en artikel om omöjligheten av att maskera kvantinformation i ett nyligen numret av Fysiska granskningsbrev .

Ingen maskering

"Kvantinformation skiljer sig från klassisk information på många sätt, "Berättade Pati Phys.org . "Forskare har funderat över denna fråga sedan de första dagarna av kvantinformation och har kommit med flera viktiga no-go-resultat, såsom ingen kloning, det att inte radera, och de dolda satserna. "(2007, Pati och medförfattaren Samuel Braunstein bevisade den dolda satsen.)

Som deras namn antyder, dessa no-go-satser förbjuder kloning, Tar bort, och dölja kvantinformation - alla operationer som är tillåtna för klassisk information. Skillnaden uppstår eftersom no-go-satserna härrör direkt från kvantmekanikens grundläggande lagar och därför inte har några klassiska motsvarigheter, vilket antyder att kvantinformation på sätt och vis är mer robust än klassisk information.

Den nya studien lägger till en annan no-go sats till listan:the no-masking theorem. Fysikerna bevisade att det är omöjligt att kartlägga kvantinformation (i form av kvanttillstånd) från ett fysiskt system, A, till kvantkorrelationerna mellan A och ett andra fysiskt system, B, på ett sådant sätt att varken A eller B innehåller den informationen. Det är, det är inte möjligt att helt lagra kvantinformation i korrelationerna, på ett sätt "sprida det" mellan de två systemen.

"I maskeringsprocessen, vi ställer frågan:Om kvantinformation inte finns antingen i delsystemet A eller i delsystemet B, kan den informationen bara finnas kvar i kvantkorrelationerna, som Einstein kallade de "skrämmande" korrelationerna? "sa Modi." Maskering har mer att göra med fullständig avskärmning av information i båda delsystemen så att det inte är möjligt att läsa av varken A eller B. Sedan, vi bevisar att om kvantinformation är blind för både delsystemen A och B, och vi vill hålla informationen dold endast i de läskiga korrelationerna, då är det inte tillåtet med kvantmekanik. "

Anmärkningsvärda undantag

Även om maskeringssatsen gäller godtyckliga kvanttillstånd, fysikerna visar också att ett förvånansvärt stort antal speciella kvanttillstånd är maskerbara. Liknande undantag finns för satserna om ingen kloning och ingen radering, där likaledes kloning och radering är möjlig för vissa kvanttillstånd, såsom ortogonala tillstånd. Tillsammans, dessa fynd visar hur suddig gränsen är mellan kvant och klassisk information.

Ytterligare en varning för den maskerade satsen är att den endast gäller för två system. När ett tredje system ingår, fysikerna visar att maskering kan vara möjlig för alla godtyckliga kvanttillstånd. Dock, forskarna noterar att det finns sätt att komma runt denna maskering, åtminstone delvis.

"Samverkan mellan två av parterna kan avslöja en del av den maskerade kvantinformationen genom att använda en strategi som kallas felkorrigeringskoder, som behandlar kodning av kvantinformation i multipartitillstånd, "Sa Sen.

Omöjliga konsekvenser

En implikation av de nya resultaten är att de visar att det är omöjligt att designa ett "qubit-åtagandeprotokoll, " som generaliserar de berömda resultaten för "ingen bit engagemang." Denna forskningslinje tar upp frågan om det är möjligt för en part att förbinda sig att välja tillståndet för en bit (0 eller 1) eller - i det nya resultatet - en qubit (0, 1, eller en superposition av båda). Tidigare studier har visat att engagemang är omöjligt för bitar, och den nya studien tillägger nu att det är omöjligt för qubits också. Detta innebär att någon alltid kan fuska genom att låtsas välja ett qubit -tillstånd, men byter sedan. Som fysikerna förklarar, no-bit/qubit engagemangsresultaten har viktiga konsekvenser för att utforma säkra kvantkommunikationsprotokoll.

"En av de viktigaste konsekvenserna av teoremet utan maskering är att detta leder till ett nytt omöjligt resultat, nämligen, no-qubit-åtagandet, "Sa Pati." Eftersom det inte är möjligt att dölja information endast i korrelationerna, det är omöjligt att göra Alice och Bob blind för kvantinformationen. Med andra ord, två parter kan inte vara blinda samtidigt, om kvantinformation är kodad i gemensamma bipartita stater. Man kan vara blind, men inte båda. I vilket fall, information kan inte hållas hemlig endast i samband. Detta är starkare än no-bit engagemangsprotokollet. "

I framtiden, fysikerna planerar att ytterligare undersöka no-masking theoremet och dess undantag – de maskerbara uppsättningarna och de partiella maskeringarna.

"Detta kan vara användbart för att utforma kvantinformationsprotokoll som kräver att dölja och i hemlighet dela kvantinformation, "Sa Sen (De).

© 2018 Phys.org