Anna skriver ett meddelande till Bill med hjälp av spinn av en elektron som färdas med hastigheter nära ljusets hastighet. Om Anna och Bill använder den vanliga proceduren för att läsa snurran (bilden som det latinska standardalfabetet) kan Bill inte avkoda meddelandet, och kommunikationen misslyckas. Om de använder en ny definition av elektronens spinn (bilden som det modifierade alfabetet) läses meddelandet upp korrekt, och de kan använda elektronen för att kommunicera. Kredit:Flaminia Giacomini
Kvantinformation bygger på möjligheten att skriva meddelanden i en kvantpartikel och läsa upp dem på ett tillförlitligt sätt. Om, dock, partikeln är relativistisk, vilket betyder att den rör sig med hastigheter nära ljusets hastighet, det är omöjligt för standardtekniker att avkoda meddelandet entydigt, och kommunikationen misslyckas därför.
Tack vare införandet av en ny metod, forskare vid universitetet i Wien och den österrikiska vetenskapsakademin har utvecklat tillförlitlig avkodning av kvantmeddelanden som sänds med extremt höga hastigheter. Resultaten, publiceras i tidskriften Fysiska granskningsbrev , öppnar nya möjligheter för tekniska tillämpningar inom kvantinformation och kvantkommunikation.
Föreställ dig följande situation:Anna och Bill vill utbyta ett meddelande genom att använda en egenskap hos en kvantpartikel, säg spinn av en elektron, vilket är en inneboende form av partikelrotation. Bill behöver Annas meddelande så snabbt som möjligt, så Anna måste skicka elektronen med maximal hastighet, mycket nära ljusets hastighet. Med tanke på att Anna har elektronen i sitt laboratorium lokaliserad, Heisenbergs osäkerhetsprincip förbjuder att elektronens hastighet definieras med godtycklig precision. När elektronen färdas med extremt hög hastighet, samspelet mellan speciell relativitet och kvantfysik gör att spinnet och elektronens hastighet trasslar in sig. På grund av detta samband, som är starkare än vad som är klassiskt möjligt, Bill kan inte läsa ut snurran med standardmetoden. Kan Anna och Bill förbättra sin kommunikationsstrategi?
En grupp forskare ledda av Časlav Brukner vid universitetet i Wien och Institutet för kvantoptik och kvantinformation (IQOQI-Wien) vid den österrikiska vetenskapsakademin har introducerat ett nytt alternativ till standardalfabetet som används av Anna och Bill. Deras teknik garanterar att budskapet, skriven av Anna och läst av Bill, kan avkodas entydigt, även när partikeln beter sig enligt både kvantmekaniken, på grund av Heisenbergs osäkerhetsprincip, och speciell relativitetsteori, på grund av dess mycket höga hastighet.
Den nya metoden som presenteras i tidskriften Fysiska granskningsbrev levererar en ny definition av spinn av kvantpartiklar som rör sig mycket snabbt. Således, det ändrar både hur Anna skriver meddelandet och hur Bill läser det. Nyckeln till denna teknik är en "översättning" av hur meddelandet skulle skrivas och läsas mellan standardalfabetet, används när elektronen är i vila, och det nya alfabetet, används när elektronen rör sig mycket snabbt.
"Dessa resultat tyder på att denna översättningsprocedure kan öppna upp för nya tillämpningar inom relativistisk kvantinformation, " säger Flaminia Giacomini, tidningens huvudförfattare. Till exempel, denna teknik kan vara till hjälp vid satellitbaserad kvantkommunikation där en partikel som bär ett meddelande måste färdas snabbt mellan två långt borta punkter.
