Le informazioni sono in genere archiviate in sistemi fisici, come i dispositivi di memoria. Ma in un nuovo studio, i fisici hanno studiato un modo alternativo per archiviare e nascondere le informazioni, cioè memorizzandolo solo nelle correlazioni quantistiche tra due o più sistemi, piuttosto che nei sistemi stessi. Questa idea, che si chiama "mascheramento, " è un modo per rendere l'informazione inaccessibile a tutti, senza distruggerlo (poiché distruggere l'informazione quantistica è impossibile).

Sebbene ricerche precedenti abbiano dimostrato che è possibile mascherare le informazioni classiche, nel nuovo studio i fisici mostrano che mascherare le informazioni quantistiche per due sistemi è impossibile in generale, con alcune eccezioni. I risultati evidenziano un'importante differenza tra l'informazione classica e quella quantistica, e, a causa delle eccezioni, può portare a potenziali applicazioni per la condivisione segreta di informazioni quantistiche.

I fisici, Kavan Modi alla Monash University in Australia, insieme ad Arun Kumar Pati, Aditi Sen(De) e Ujjwal Sen presso l'Harish-Chandra Research Institute in India, hanno pubblicato un articolo sull'impossibilità di mascherare l'informazione quantistica in un recente numero di Lettere di revisione fisica .

Nessun mascheramento

"Le informazioni quantistiche differiscono dalle informazioni classiche in molti modi, "Pati ha detto Phys.org . "I ricercatori hanno riflettuto su questa domanda fin dai primi giorni dell'informazione quantistica e sono giunti a diversi importanti risultati senza possibilità, come la non clonazione, la non cancellazione, e i teoremi del non-nascondimento." (Nel 2007, Pati e il coautore Samuel Braunstein hanno dimostrato il teorema che non si nasconde.)

Come suggeriscono i loro nomi, questi teoremi no-go vietano la clonazione, eliminazione, e nascondere le informazioni quantistiche, tutte operazioni consentite per le informazioni classiche. La differenza si verifica perché i teoremi no-go derivano direttamente dalle leggi fondamentali della meccanica quantistica e quindi non hanno controparti classiche, il che suggerisce che l'informazione quantistica è in un certo senso più robusta dell'informazione classica.

Il nuovo studio aggiunge un altro teorema no-go all'elenco:il teorema no-masking. I fisici hanno dimostrato che è impossibile mappare le informazioni quantistiche (sotto forma di stati quantistici) da un sistema fisico, UN, alle correlazioni quantistiche tra A e un secondo sistema fisico, B, in modo tale che né A né B contengano tali informazioni. Questo è, non è possibile memorizzare completamente le informazioni quantistiche nelle correlazioni, in un certo senso "diffondendolo" tra i due sistemi.

"Nel processo di mascheramento, poniamo la domanda:se l'informazione quantistica non è presente né nel sottosistema A né nel sottosistema B, può quell'informazione rimanere solo nelle correlazioni quantistiche, che Einstein chiamava le correlazioni "spettrali"?" disse Modi. "Il mascheramento ha più a che fare con la schermatura completa delle informazioni in entrambi i sottosistemi in modo tale che non sia possibile leggere né da A né da B. Quindi, dimostriamo che se l'informazione quantistica è cieca per entrambi i sottosistemi A e B, e vogliamo mantenere le informazioni nascoste solo nelle correlazioni spettrali, allora ciò non è consentito dalla meccanica quantistica."

Eccezioni notevoli

Sebbene il teorema di non mascheramento valga per gli stati quantistici arbitrari, i fisici mostrano anche che un numero sorprendentemente elevato di stati quantistici speciali è mascherabile. Esistono eccezioni simili per i teoremi no-cloning e no-deleting, dove allo stesso modo la clonazione e l'eliminazione è possibile per determinati stati quantistici, come gli stati ortogonali. Insieme, questi risultati mostrano quanto sia sfocato il confine tra l'informazione quantistica e quella classica.

Un ulteriore avvertimento del teorema di non mascheramento è che vale solo per due sistemi. Quando un terzo sistema è incluso, i fisici mostrano che il mascheramento può essere possibile per qualsiasi stato quantistico arbitrario. Però, gli scienziati notano che ci sono modi per aggirare questo mascheramento, almeno in parte.

"La collusione tra due parti qualsiasi può rivelare parte delle informazioni quantistiche mascherate utilizzando una strategia chiamata codici di correzione degli errori, che si occupa della codifica dell'informazione quantistica in stati multipartiti, " ha detto Sen.

Impossibilità di implicazioni

Un'implicazione dei nuovi risultati è che mostrano che è impossibile progettare un "protocollo di impegno qubit, " che generalizza i famosi risultati per "nessun impegno di bit". Questa linea di ricerca affronta la questione se sia possibile per una parte impegnarsi a scegliere lo stato di un bit (0 o 1) o, nel nuovo risultato, di un qubit (0, 1, o una sovrapposizione di entrambi). Precedenti studi hanno dimostrato che l'impegno è impossibile per bit, e il nuovo studio ora aggiunge che è impossibile anche per i qubit. Ciò significa che qualcuno può sempre barare fingendo di scegliere uno stato qubit, ma poi cambio. Come spiegano i fisici, i risultati dell'impegno no-bit/qubit hanno importanti implicazioni per la progettazione di protocolli di comunicazione quantistica sicuri.

"Una delle implicazioni più importanti del teorema di non mascheramento è che questo porta a un nuovo risultato di impossibilità, vale a dire, l'impegno no-qubit, " Ha detto Pati. "Dal momento che non è possibile nascondere le informazioni solo nelle correlazioni, è impossibile rendere Alice e Bob ciechi all'informazione quantistica. In altre parole, due parti non possono essere cieche contemporaneamente, se l'informazione quantistica è codificata in stati bipartiti congiunti. Si può essere ciechi, ma non entrambi. In ogni caso, le informazioni non possono essere tenute segrete solo nelle correlazioni. Questo è più forte del protocollo di impegno senza bit".

Nel futuro, i fisici hanno in programma di investigare ulteriormente il teorema del non-mascheramento e le sue eccezioni:gli insiemi mascherabili e i mascheratori parziali.

"Questo potrebbe rivelarsi utile per la progettazione di protocolli di informazione quantistica che richiedono di nascondere e condividere segretamente informazioni quantistiche, " ha detto Sen(De).

© 2018 Phys.org