In (a) e (b), una particella quantistica viaggia attraverso due canali, N1 e N2, in un ordine fisso. In (c), un interruttore quantistico crea una sovrapposizione delle due configurazioni in (a) e (b). Credito:Ebler et al. ©2018 American Physical Society
I fisici hanno dimostrato che l'utilizzo di due canali quantistici in ordini diversi può migliorare la capacità di una rete di comunicazione di trasmettere informazioni, anche, controintuitivamente, quando i canali sono identici. Questo risultato è in netto contrasto con il modo in cui le cose funzionano con canali classici identici (o praticamente qualsiasi altra cosa che sia identica), dove usarli in un ordine diverso non dovrebbe fare alcuna differenza.
Fisici Daniel Ebler, Sina Salek, e Giulio Chiribella hanno pubblicato un articolo su questa insolita proprietà dei canali quantistici e i suoi potenziali vantaggi per la comunicazione quantistica in un recente numero di Lettere di revisione fisica .
"Questo è un nuovo paradigma di comunicazione quantistica, "Salek ha detto Phys.org . "Non solo i portatori di informazioni sono quantistici, ma anche i canali di comunicazione possono essere combinati in modo quantistico. In questo nuovo paradigma, è possibile comunicare in situazioni in cui normalmente nessuna comunicazione sarebbe possibile."
teoria dell'informazione, pioniere del lavoro seminale di Claude Shannon, è stato originariamente formulato come una teoria classica, ma negli ultimi anni ha dato origine alla teoria quantistica di Shannon. Sebbene le reti di comunicazione quantistiche utilizzino particelle e processi quantistici per codificare e decodificare le informazioni, i canali attuali sono ancora collegati in modo classico, ovvero in un ordine fisso. Ciò significa che le particelle quantistiche che viaggiano attraverso la rete passeranno sempre attraverso i canali nello stesso ordine ogni volta.
Nel nuovo studio, i fisici hanno studiato la possibilità di collegare due canali identici in una sovrapposizione quantistica di ordini diversi. Per fare questo, hanno usato un'operazione chiamata "switch quantistico" che prende due canali identici come ingressi e crea un nuovo canale in cui l'ordine dei due canali di ingresso è intrecciato con un sistema di controllo. Hanno quindi dimostrato che la sovrapposizione quantistica risultante degli ordini di canale può essere utilizzata per comunicare le informazioni classiche in questa rete, cosa impossibile da fare quando l'ordine è fissato.
Come spiegano i fisici, i risultati possono sembrare paradossali perché lo scambio dell'ordine di due canali identici non sembra avere alcun effetto in un normale circuito quantistico. Però, i canali quantistici sono intrinsecamente rumorosi, e quindi ogni canale può essere scomposto in una miscela casuale di processi diversi. Alcuni di questi processi non commutano tra loro, ovvero l'utilizzo dei processi in ordini diversi produce risultati diversi e quindi queste differenze si trasferiscono ai canali stessi.
Questa casualità sottostante porta alla capacità di creare un canale che trasmette informazioni, informazioni che non sono contenute né nello stato del sistema da solo né nello stato del controllo da solo, ma piuttosto nelle correlazioni tra loro.
I fisici hanno calcolato la quantità massima di informazioni che possono essere trasmesse commutando due canali identici, e si aspettano che sia possibile comunicare maggiori informazioni utilizzando copie aggiuntive di questi canali. In collaborazione con il gruppo del Professor Philip Walther a Vienna, ora stanno progettando di implementare il loro protocollo di comunicazione con i fotoni.
"L'obiettivo è sviluppare una teoria completa della comunicazione, estendendo la teoria di Shannon a situazioni in cui diverse linee di trasmissione possono essere combinate in modo quantistico, " ha detto Salek.
© 2018 Phys.org
