Relazione di conservazione dell'informazione quantistica e diagramma schematico degli stati quantistici soggetti a "misurazioni deboli" e "operazioni di ripristino" (G:informazioni ottenute mediante misurazione, F:informazioni che rimangono nello stato quantistico dopo la misurazione, R:probabilità di riuscita reversione). Credito:Korea Institute of Science and Technology (KIST)
Il gatto di Schrödinger è un esperimento mentale progettato per spiegare la sovrapposizione quantistica e la misurazione quantistica, che sono le caratteristiche principali della fisica quantistica. In questo esperimento, il gatto all'interno della scatola può essere contemporaneamente vivo e morto (sovrapposizione quantistica) e il suo stato (morto o vivo) viene deciso nel momento in cui la scatola viene aperta (misurata). Tale sovrapposizione e misurazione quantistica non sono solo il fondamento della fisica quantistica, ma garantiscono anche la sicurezza dell'informatica e della crittografia quantistica.
Il gruppo di ricerca, composto dai dott. Seongjin Hong, Hyang-Tag Lim e Seung-Woo Lee del Center for Quantum Information presso il Korea Institute of Science and Technology (KIST, Presidente Seok Jin Yoon), hanno derivato e verificato per la prima volta la relazione di conservazione delle informazioni nella misurazione quantistica . Ciò rafforza la sicurezza delle tecnologie dell'informazione quantistica anche nel debole regno della misurazione quantistica.
Aprendo la scatola (misurazione quantistica) accomodare il gatto per ottenere informazioni sul fatto che sia vivo o morto cambia la condizione iniziale del gatto che è sia vivo che morto allo stesso tempo (sovrapposizione quantistica) in solo essere vivo o morto. In altre parole, il gatto è morto dal momento in cui otteniamo l'informazione del suo "essere morto", o è vivo nel momento in cui otteniamo l'informazione del suo "essere vivo". A causa dell'irreversibilità delle misurazioni quantistiche, lo stato del gatto non può essere invertito.
Tuttavia, cosa sarebbe successo se la misurazione non fosse stata eseguita completamente, cioè se la scatola fosse stata aperta un po' solo per rivelare la coda del gatto? Questo evento è chiamato misura debole in meccanica quantistica. In questo caso, non è possibile ottenere informazioni complete sullo stato del gatto e lo stato del gatto può essere riportato al suo stato iniziale utilizzando l'inversione della misurazione. Pertanto, stabilire una relazione di conservazione delle informazioni quantistiche considerando la quantità di informazioni ottenute, disturbate e reversibili è stata una sfida nella fisica quantistica e anche un compito importante per garantire la sicurezza della tecnologia quantistica.
Il team di ricerca ha teoricamente derivato una relazione di conservazione delle informazioni considerando la probabilità di inversione insieme alle relazioni esistenti di guadagno di informazioni e disturbo dello stato. Questa relazione di conservazione delle informazioni è stata verificata sperimentalmente utilizzando elementi ottici lineari come piastre d'onda e polarizzatori per implementare misurazioni deboli e "operazioni di inversione" e applicandole a uno stato quantistico tridimensionale realizzato da un singolo fotone. Questa relazione di conservazione delle informazioni rivela che ottenere più informazioni su uno stato quantistico aumentando l'intensità della misurazione disturba maggiormente lo stato quantistico. Allo stesso tempo, viene anche mostrato che la probabilità di riportare lo stato disturbato al suo stato iniziale prima della misurazione debole diminuisce. Tieni presente che se fosse possibile riportare uno stato quantistico disturbato al suo stato iniziale, la sicurezza della crittografia quantistica potrebbe non essere garantita.
dott. Hong e Lim, che hanno condotto l'esperimento di questo studio, e il Dr. Lee, che ha guidato la teoria, affermano che "questo è il risultato di stabilire perfettamente che la tecnologia quantistica è sicura in linea di principio, dimostrando che la quantità totale di informazioni di un lo stato non può essere aumentato nemmeno attraverso la misurazione. Ci aspettiamo che questa venga applicata come tecnologia di ottimizzazione per l'informatica quantistica, la crittografia quantistica e il teletrasporto quantistico."
La ricerca è stata pubblicata in Physical Review Letters . + Esplora ulteriormente
