Kwantuminformatie berust op de mogelijkheid om berichten in een kwantumdeeltje te schrijven en op een betrouwbare manier uit te lezen. Indien, echter, het deeltje is relativistisch, wat betekent dat het beweegt met snelheden die dicht bij de lichtsnelheid liggen, het is onmogelijk voor standaardtechnieken om het bericht ondubbelzinnig te decoderen, en de communicatie mislukt dus.

Dankzij de introductie van een nieuwe methode, onderzoekers van de Universiteit van Wenen en de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen hebben betrouwbare decodering ontwikkeld van kwantumberichten die met extreem hoge snelheden worden verzonden. De resultaten, gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven , opent nieuwe mogelijkheden van technologische toepassingen in kwantuminformatie en kwantumcommunicatie.

Stel je de volgende situatie voor:Anna en Bill willen een bericht uitwisselen door gebruik te maken van een eigenschap van een kwantumdeeltje, zeg de spin van een elektron, wat een intrinsieke vorm is van de rotatie van een deeltje. Bill heeft Anna's bericht zo snel mogelijk nodig, dus Anna moet het elektron met maximale snelheid sturen, heel dicht bij de lichtsnelheid. Aangezien Anna het elektron in haar laboratorium heeft gelokaliseerd, het onzekerheidsprincipe van Heisenberg verbiedt dat de snelheid van het elektron met willekeurige precisie wordt bepaald. Wanneer het elektron met extreem hoge snelheid reist, het samenspel tussen speciale relativiteit en kwantumfysica zorgt ervoor dat de spin en de snelheid van het elektron verstrengeld raken. Door deze correlatie, die sterker is dan wat klassiek mogelijk is, Bill kan de spin niet uitlezen met de standaard methode. Kunnen Anna en Bill hun communicatiestrategie verbeteren?

Een groep onderzoekers onder leiding van Časlav Brukner van de Universiteit van Wenen en het Instituut voor Quantum Optics and Quantum Information (IQOQI-Vienna) van de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen heeft een nieuw alternatief geïntroduceerd voor het standaardalfabet dat door Anna en Bill wordt gebruikt. Hun techniek garandeert dat de boodschap, geschreven door Anna en gelezen door Bill, ondubbelzinnig kan worden gedecodeerd, zelfs wanneer het deeltje zich gedraagt ​​volgens beide kwantummechanica, vanwege het onzekerheidsprincipe van Heisenberg, en speciale relativiteitstheorie, vanwege de zeer hoge snelheid.

De nieuwe methode zoals gepresenteerd in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven levert een nieuwe definitie van de spin van kwantumdeeltjes die zeer snel bewegen. Dus, het wijzigt zowel de manier waarop Anna het bericht schrijft als de manier waarop Bill het leest. De sleutel tot deze techniek is een "vertaling" van de manier waarop het bericht zou worden geschreven en gelezen tussen het standaardalfabet, gebruikt wanneer het elektron in rust is, en het nieuwe alfabet, gebruikt wanneer het elektron zeer snel reist.

"Deze resultaten zijn indicatief dat deze vertaalprocedure zou kunnen leiden tot nieuwe toepassingen in relativistische kwantuminformatie, " zegt Flaminia Giacomini, de hoofdauteur van het artikel. Bijvoorbeeld, deze techniek kan nuttig zijn bij op satellieten gebaseerde kwantumcommunicatie waarbij een deeltje dat een bericht draagt, snel moet reizen tussen twee verre punten.