Quantum Physicists Dobbel "Bandwidth" av universet


Interstellar senterer i rommet. Getty Images Det er en grense for hvor fort informasjonen kan bevege seg gjennom universet, akkurat som det er en grense for hvor fort alt annet kan bevege seg gjennom universet. Det er en regel. Men et team av kvantefysikere, som kvantfysikere ofte, har funnet ut hvordan de skal bøye seg.

Interstellar senterer i rommet. Getty Images

Det er en grense for hvor fort informasjonen kan bevege seg gjennom universet, akkurat som det er en grense for hvor fort alt annet kan bevege seg gjennom universet. Det er en regel. Men et team av kvantefysikere, som kvantfysikere ofte, har funnet ut hvordan de skal bøye seg.

Under normale omstendigheter er den ultimate grensen for informasjonsoverføring-universets båndbredde en bit per fundamental partikkel, som ikke beveger seg raskere enn lysets hastighet. Det er i det "klassiske universet", måten ting oppfører seg før kvantefysikk blir involvert.

Her er hvor grensen kommer fra: Hvis du vil få en melding som består av bitene "1" eller "0" til din venn et lysår unna, og alt du har er en enkeltfoton, kan du kode det enkle binære nummeret inn i fotonet og send det whizzing av mot vennen din med lyshastighet. Den vennen vil motta meldingen et år senere. Hvis din venn vil bruke den fotonen for å få en binær melding tilbake til deg, må du vente et år. Hvis du vil sende mer informasjon på den tiden, trenger du flere fotoner.

Men i et nytt papir, publisert 8. februar i tidsskriftet Physical Review Letters, viste et par kvantefysikere at det er teoretisk mulig å doble den båndbredden.

Teknikken beskrevet i papiret, med tittelen "Toveis kommunikasjon med en enkelt kvantpartikkel", tillater ikke at du sender to venner med en partikkel. Men det gjør det mulig for deg og din venn å sende hverandre en bit informasjon med samme partikkel på samme tid.

Hvis to personer ønsker å trekke det trikset, skrev forskerne, de må sette partikkelen i en "superposisjon av forskjellige romlige steder".

"Det er vanligvis beskrevet som to steder på samme tid, " forteller medforfatter Flavio Del Santo, ved Universitetet i Wien, til Live Science.

Virkeligheten er litt mer komplisert, men å tenke partikkelen på to steder på en gang er en nyttig snarvei for å forstå hva som skjer her.

På den måten, Alice og Bob (det er det som Del Santo og hans medforfatter Borivoje Daki, av Institute for Quantum Optics og Quantum Information i Østerrike, kalt deres kvantkommunikatorer) har hver den samme partikkelen i begynnelsen av kommunikasjonen. Og hver av kommunikasjonene, Del Santo sa, kan kode en enkelt bit av informasjon, en 1 eller en null, inn i partikkelen.

Deres kommunikasjon er fortsatt begrenset av lysets hastighet. Når Alice koder en "1" inn i partikkelen, ser Bob ikke umiddelbart det. Hun må fortsatt sende partikkelen tilbake til ham. Men denne situasjonen er spesiell, fordi Alice og Bob kan hver kode inn litt informasjon i partikkelen og sende den tilbake mot hverandre på samme tid.

Meldingen hver av dem ser når partikkelen kommer, vil være et resultat av sin egen bit av informasjon og deres samtalepartner er lagt sammen. Hvis Alice kodet en null og Bob a 1, vil de hver se en 1. Men fordi Alice vet at hun legger inn en null, vet hun at Bob setter en 1. Og fordi Bob vet at han legger en 1, Jeg vet at Alice setter i null. Hvis begge legger inn 1, eller begge legger nuller, blir resultatet null.

I begge situasjoner vil begge mottakere vite hvilken bit den andre sendte - og de vil ha kuttet halvparten av tiden det vanligvis krever at to personer sender hverandre biter ved hjelp av en enkeltpartikkel.

Båndbredden doblet.

Dette fungerer i den virkelige verden

Papiret, som ble publisert i tidsskriftet Physical Review Letters, var rent teoretisk, men Del Santo og Daki samarbeidet med et team av eksperimentister ved Universitetet i Wien for å vise at metoden kan fungere i den virkelige verden.

Denne delen av resultatene har ennå ikke vært gjennom peer review og publisering i en journal, men den er tilgjengelig på preprint serveren arXiv.

Forskerne brukte strålesplittere til å skille fotoner inn i romlig superposisjon, noe som betyr at de på en måte var to steder samtidig. Ved å gjøre det, skrev forskerne, de dro av akkurat hva det første papiret beskrev: koding av biter i splitte fotoner, blanding dem sammen igjen og tolking av resultatene.

Forskerne viste også at denne teknikken med en liten modifikasjon kunne brukes til å utføre perfekt sikker kommunikasjon. Hvis en av kommunikasjonene, Alice, skriver inn en tilfeldig streng av biter, og Bob koder for den sanne, sammenhengende meldingen, ville ingen eavesdropper noensinne kunne finne ut hva Bob var å fortelle Alice uten å vite hva Alice hadde kodet, sa Del Santo.

Copyright 2018 LiveScience.com, et kjøpsselskap. Alle rettigheter reservert. Dette materialet kan ikke bli publisert, kringkastet, omskrevet eller omfordelt.

Hva betyr Trumps nye "åpne sinn" på klimatakkordet?Den overraskende opprinnelsen til evolusjonær kompleksitet"Star Wars" Planeter Migrere inn i posisjon rundt StellarUniversets kuleste lab satt til Open Quantum WorldØkofriendly Tolls ?: Congestion Pricing Fremmer Mass TransitEvolusjon og klimavitenskap gjør graden i statlige utdanningsstandarderDen afrikanske grønne revolusjonen (utvidet versjon)99 Prosent Chance 2016 blir det heteste året på posten