Em (a) e (b), uma partícula quântica viaja por dois canais, N1 e N2, em uma ordem fixa. Em (c), um switch quântico cria uma superposição das duas configurações em (a) e (b). Crédito:Ebler et al. © 2018 American Physical Society
Os físicos demonstraram que o uso de dois canais quânticos em ordens diferentes pode aumentar a capacidade de uma rede de comunicação de transmitir informações - até mesmo, contra-intuitivamente, quando os canais são idênticos. Este resultado contrasta fortemente com a forma como as coisas funcionam com canais clássicos idênticos (ou praticamente qualquer outra coisa que seja idêntica), onde usá-los em uma ordem diferente não deve fazer nenhuma diferença.
Os físicos Daniel Ebler, Sina Salek, e Giulio Chiribella publicaram um artigo sobre esta propriedade incomum dos canais quânticos e suas vantagens potenciais para a comunicação quântica em uma edição recente da Cartas de revisão física .
"Este é um novo paradigma de comunicação quântica, "Salek disse Phys.org . "Não são apenas os portadores de informações quânticas, mas também os canais de comunicação podem ser combinados de forma quântica. Neste novo paradigma, é possível comunicar em situações onde normalmente nenhuma comunicação seria possível. "
Teoria da informação, iniciado pelo trabalho seminal de Claude Shannon, foi originalmente formulado como uma teoria clássica, mas nos últimos anos deu origem à teoria quântica de Shannon. Embora as redes de comunicação quântica usem partículas quânticas e processos quânticos para codificar e decodificar informações, os canais reais ainda estão conectados de maneira clássica, ou seja, em uma ordem fixa. Isso significa que as partículas quânticas que viajam pela rede sempre passarão pelos canais na mesma ordem todas as vezes.
No novo estudo, os físicos investigaram a possibilidade de conectar dois canais idênticos em uma superposição quântica de ordens diferentes. Para fazer isso, eles usaram uma operação chamada "interruptor quântico" que usa dois canais idênticos como entradas e cria um novo canal no qual a ordem dos dois canais de entrada é emaranhada com um sistema de controle. Eles então mostraram que a superposição quântica resultante de ordens de canal pode ser usada para comunicar informações clássicas nesta rede, o que é impossível fazer quando a ordem é fixada.
Como explicam os físicos, os resultados podem parecer paradoxais porque a troca da ordem de dois canais idênticos não parece ter qualquer efeito em um circuito quântico comum. Contudo, canais quânticos são inerentemente barulhentos, e assim cada canal pode ser decomposto em uma mistura aleatória de processos diferentes. Alguns desses processos não comutam entre si, ou seja, usar os processos em ordens diferentes produz resultados diferentes - e, portanto, essas diferenças são transferidas para os próprios canais.
Essa aleatoriedade subjacente leva à capacidade de criar um canal que transmite informações - informações que não estão contidas nem no estado do sistema sozinho, nem no estado do controle sozinho, mas sim nas correlações entre eles.
Os físicos calcularam a quantidade máxima de informação que pode ser transmitida pela mudança de dois canais idênticos, e eles esperam que seja possível comunicar mais informações usando cópias adicionais desses canais. Em colaboração com o grupo do Professor Philip Walther em Viena, eles agora estão planejando implementar seu protocolo de comunicação com fótons.
“O objetivo é desenvolver uma teoria completa da comunicação, estendendo a teoria de Shannon a situações onde diferentes linhas de transmissão podem ser combinadas de forma quântica, "Salek disse.
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