Informatie wordt doorgaans opgeslagen in fysieke systemen, zoals geheugenapparaten. Maar in een nieuwe studie natuurkundigen hebben een alternatieve manier onderzocht om informatie op te slaan en te verbergen, dat is door het alleen op te slaan in de kwantumcorrelaties tussen twee of meer systemen, in plaats van in de systemen zelf. Dit idee, wat "maskeren" wordt genoemd, " is een manier om de informatie voor iedereen ontoegankelijk te maken, zonder het te vernietigen (omdat het onmogelijk is om kwantuminformatie te vernietigen).

Hoewel eerder onderzoek heeft aangetoond dat het mogelijk is om klassieke informatie te maskeren, in de nieuwe studie laten de natuurkundigen zien dat het maskeren van kwantuminformatie voor twee systemen in het algemeen onmogelijk is, met bepaalde uitzonderingen. De resultaten benadrukken een belangrijk verschil tussen klassieke en kwantuminformatie, en - vanwege de uitzonderingen - kan dit leiden tot mogelijke toepassingen voor het heimelijk delen van kwantuminformatie.

de fysici, Kavan Modi aan de Monash University in Australië, samen met Arun Kumar Pati, Aditi Sen(De) en Ujjwal Sen van het Harish-Chandra Research Institute in India, hebben een paper gepubliceerd over de onmogelijkheid om kwantuminformatie te maskeren in een recent nummer van Fysieke beoordelingsbrieven .

Geen maskering

"Kwantuminformatie verschilt in veel opzichten van klassieke informatie, " vertelde Pati Phys.org . "Onderzoekers hebben over deze vraag nagedacht sinds de begindagen van kwantuminformatie en zijn met verschillende belangrijke no-go-resultaten gekomen, zoals het niet-klonen, het niet-verwijderen, en de niet-verbergende stellingen." (In 2007, Pati en co-auteur Samuel Braunstein bewezen de niet-verbergen-stelling.)

Zoals hun namen doen vermoeden, deze no-go-stellingen verbieden het klonen, verwijderen, en het verbergen van kwantuminformatie - alle bewerkingen die zijn toegestaan ​​voor klassieke informatie. Het verschil ontstaat omdat de no-go-stellingen rechtstreeks voortkomen uit de fundamentele wetten van de kwantummechanica en dus geen klassieke tegenhangers hebben, wat suggereert dat kwantuminformatie in zekere zin robuuster is dan klassieke informatie.

De nieuwe studie voegt nog een no-go-stelling toe aan de lijst:de no-masking-stelling. De natuurkundigen bewezen dat het onmogelijk is om kwantuminformatie (in de vorm van kwantumtoestanden) van één fysiek systeem in kaart te brengen, EEN, naar de kwantumcorrelaties tussen A en een tweede fysiek systeem, B, zodanig dat noch A noch B die informatie bevatten. Dat is, het is niet mogelijk om kwantuminformatie volledig op te slaan in de correlaties, in zekere zin "het verspreiden" tussen de twee systemen.

"Tijdens het maskeringsproces stellen we de vraag:als er geen kwantuminformatie is in het subsysteem A of in het subsysteem B, kan die informatie alleen in de kwantumcorrelaties blijven, die Einstein de 'spookachtige' correlaties noemde?' zei Modi. 'Masking heeft meer te maken met het volledig afschermen van informatie in beide subsystemen, zodat het niet mogelijk is om door A of B te worden uitgelezen. we bewijzen dat als kwantuminformatie blind is voor zowel de subsystemen A als B, en we willen de informatie alleen verborgen houden in de spookachtige correlaties, dan mag dat niet door de kwantummechanica."

opmerkelijke uitzonderingen

Hoewel de niet-maskerende stelling geldt voor willekeurige kwantumtoestanden, de natuurkundigen laten ook zien dat een verrassend groot aantal speciale kwantumtoestanden maskeerbaar zijn. Soortgelijke uitzonderingen bestaan ​​voor de niet-klonen en niet-verwijderen stellingen, waar ook klonen en verwijderen mogelijk is voor bepaalde kwantumtoestanden, zoals orthogonale toestanden. Samen, deze bevindingen laten zien hoe wazig de grens is tussen kwantum- en klassieke informatie.

Een ander voorbehoud van de niet-maskerende stelling is dat deze slechts voor twee systemen geldt. Wanneer een derde systeem is opgenomen, de natuurkundigen laten zien dat maskeren mogelijk is voor elke willekeurige kwantumtoestand. Echter, de wetenschappers merken op dat er manieren zijn om deze maskering te omzeilen, althans gedeeltelijk.

"Samenzwering tussen twee van de partijen kan een deel van de gemaskeerde kwantuminformatie onthullen door een strategie te gebruiken die foutcorrectiecodes wordt genoemd, die zich bezighoudt met het coderen van kwantuminformatie in multipartiete toestanden, ' zei Sen.

Onmogelijkheid implicaties

Een implicatie van de nieuwe resultaten is dat ze aantonen dat het onmogelijk is om een ​​"qubit commitment protocol, " wat de beroemde resultaten voor "geen bit commitment" veralgemeniseert. (0, 1, of een superpositie van beide). Eerdere studies hebben aangetoond dat commitment onmogelijk is voor bits, en de nieuwe studie voegt er nu aan toe dat het ook onmogelijk is voor qubits. Dit betekent dat iemand altijd vals kan spelen door te doen alsof hij een qubit-status kiest, maar dan overstappen. Zoals de natuurkundigen uitleggen, de resultaten van de no-bit/qubit-verplichting hebben belangrijke implicaties voor het ontwerpen van veilige kwantumcommunicatieprotocollen.

"Een van de belangrijkste implicaties van de niet-maskerende stelling is dat dit leidt tot een nieuw onmogelijkheidsresultaat, namelijk, de no-qubit-verplichting, " zei Pati. "Omdat het niet mogelijk is om informatie alleen in de correlaties te verbergen, het is onmogelijk om Alice en Bob blind te maken voor de kwantuminformatie. Met andere woorden, twee partijen kunnen niet tegelijkertijd blind zijn, als kwantuminformatie is gecodeerd in gezamenlijke bipartiete toestanden. Men kan blind zijn, maar niet allebei. In elk geval, informatie kan niet alleen in de correlaties geheim worden gehouden. Dit is sterker dan het no-bit commitment-protocol."

In de toekomst, de natuurkundigen zijn van plan om de niet-maskerende stelling en zijn uitzonderingen - de maskeerbare sets en de gedeeltelijke maskers - verder te onderzoeken.

"Dit kan nuttig zijn voor het ontwerpen van kwantuminformatieprotocollen die het verbergen en in het geheim delen van kwantuminformatie vereisen, ’ zei Sen(De).

© 2018 Fys.org