Natuurkundigen hebben aangetoond dat het gebruik van twee kwantumkanalen in verschillende volgordes het vermogen van een communicatienetwerk om informatie te verzenden kan verbeteren - zelfs, niet intuïtief, wanneer de kanalen identiek zijn. Dit resultaat staat in schril contrast met hoe dingen werken met identieke klassieke kanalen (of vrijwel al het andere dat identiek is), waar het gebruik ervan in een andere volgorde geen verschil zou moeten maken.

Natuurkundigen Daniel Ebler, Sina Salek, en Giulio Chiribella hebben een artikel gepubliceerd over deze ongebruikelijke eigenschap van kwantumkanalen en de mogelijke voordelen ervan voor kwantumcommunicatie in een recent nummer van Fysieke beoordelingsbrieven .

"Dit is een nieuw paradigma van kwantumcommunicatie, "Salek vertelde" Phys.org . "Niet alleen zijn de dragers van informatie kwantum, maar ook de communicatiekanalen kunnen op een kwantummanier worden gecombineerd. In dit nieuwe paradigma het is mogelijk om te communiceren in situaties waar normaal gesproken geen communicatie mogelijk zou zijn."

Informatie theorie, ontwikkeld door het baanbrekende werk van Claude Shannon, oorspronkelijk geformuleerd als een klassieke theorie, maar in de afgelopen jaren heeft geleid tot de kwantum Shannon-theorie. Hoewel kwantumcommunicatienetwerken kwantumdeeltjes en kwantumprocessen gebruiken om informatie te coderen en te decoderen, de eigenlijke kanalen zijn nog steeds op een klassieke manier verbonden, dat wil zeggen, in een vaste volgorde. Dit betekent dat kwantumdeeltjes die door het netwerk reizen, altijd in dezelfde volgorde door de kanalen gaan.

In de nieuwe studie de natuurkundigen onderzochten de mogelijkheid om twee identieke kanalen te verbinden in een kwantumsuperpositie van verschillende orden. Om dit te doen, ze gebruikten een bewerking die een "kwantumschakelaar" wordt genoemd en die twee identieke kanalen als invoer gebruikt en een nieuw kanaal creëert waarin de volgorde van de twee invoerkanalen is verstrengeld met een besturingssysteem. Vervolgens toonden ze aan dat de resulterende kwantumsuperpositie van kanaalorders kan worden gebruikt om klassieke informatie in dit netwerk te communiceren, wat onmogelijk is als de bestelling vaststaat.

Zoals de natuurkundigen uitleggen, de resultaten lijken misschien paradoxaal omdat het uitwisselen van de volgorde van twee identieke kanalen geen enkel effect lijkt te hebben in een gewoon kwantumcircuit. Echter, kwantumkanalen zijn inherent luidruchtig, en zo kan elk kanaal worden ontleed in een willekeurig mengsel van verschillende processen. Sommige van deze processen pendelen niet met elkaar, dat wil zeggen:het gebruik van de processen in verschillende volgordes levert verschillende resultaten op - en dus worden deze verschillen overgedragen naar de kanalen zelf.

Deze onderliggende willekeur leidt tot het vermogen om een ​​kanaal te creëren dat informatie verzendt - informatie die niet alleen in de staat van het systeem of alleen in de staat van de controle zit, maar eerder in de correlaties daartussen.

De natuurkundigen berekenden de maximale hoeveelheid informatie die kan worden verzonden door twee identieke kanalen te schakelen, en ze verwachten dat het mogelijk is om meer informatie te communiceren door extra exemplaren van deze kanalen te gebruiken. In samenwerking met de groep van professor Philip Walther in Wenen, ze zijn nu van plan om hun communicatieprotocol met fotonen te implementeren.

"Het doel is om een ​​volledige theorie van communicatie te ontwikkelen, de theorie van Shannon uitbreiden naar situaties waarin verschillende transmissielijnen op een kwantummanier kunnen worden gecombineerd, ' zei Salek.

© 2018 Fys.org