Jacob Hoover
0 
789
56
Det finns en gräns för hur snabb information kan röra sig genom universum, precis som det finns en gräns för hur snabbt allt annat kan röra sig genom universum. Det är en regel. Men ett team av kvantefysiker, som kvantfysiker ofta gör, har räknat ut hur man böjer det.
Under normala omständigheter är den ultimata gränsen för informationsöverföring - universums bandbredd - en bit per grundläggande partikel och rör sig inte snabbare än ljusets hastighet. Det är i det "klassiska universum", hur saker och ting uppför sig innan kvantfysiken involveras.
Här kommer gränsen ifrån: Om du vill få ett meddelande som består av bitarna "1" eller "0" till din vän ett ljusår bort och allt du har är en enda foton kan du koda det enda binära numret in i fotonen och skicka den susande mot din vän i lätt hastighet. Den vänen får meddelandet ett år senare. Om din vän vill använda den fotonen för att få tillbaka ett binärt meddelande, måste du vänta ytterligare ett år. Om du vill skicka mer information under den tiden kommer du att behöva fler fotoner. [Album: Världens vackraste ekvationer]
Men i en ny artikel publicerad 8 februari i tidskriften Physical Review Letters, visade ett par kvantfysiker att det teoretiskt är möjligt att fördubbla bandbredden.
Tekniken som beskrivs i tidningen, med titeln "Tvåvägs kommunikation med en enda kvantpartikel," tillåter dig inte att skicka din vän två bitar med en partikel. Men det tillåter dig och din vän att skicka varandra en bit information med samma partikel samtidigt.
Om två personer vill dra bort det tricket, skrev forskarna, måste de sätta partikeln i en "superposition av olika rumsliga platser."
"Det beskrivs vanligtvis på två platser samtidigt," berättade studieförfattare Flavio Del Santo, universitetet i Wien, .
Verkligheten är lite mer komplicerad, men att föreställa sig partikeln på två platser samtidigt är en användbar genväg för att förstå vad som händer här.
På det sättet har Alice och Bob (det är vad Del Santo och hans medförfattare Borivoje Dakić, från Institutet för kvantoptik och kvantinformation i Österrike, kallade deras kvantkommunikatorer) var och en av samma partiklar i början av kommunikationen. Och var och en av kommunikatörerna, sade Del Santo, kan koda en enda bit information, en 1 eller en noll, i partikeln.
Deras kommunikation är fortfarande begränsad av ljusets hastighet. När Alice kodar en "1" i partikeln, ser Bob det inte omedelbart. Hon måste fortfarande skicka tillbaka partikeln till honom. Men den här situationen är speciell, eftersom Alice och Bob var och en kan koda lite information i partikeln och skicka den tillbaka mot varandra samtidigt.
Meddelandet som var och en av dem ser när partikeln kommer kommer att vara resultatet av deras egna bit av information och deras samtalar läggs samman. Om Alice kodade en noll och Bob en 1, kommer de att se var och en. Men eftersom Alice vet att hon lägger noll i, kommer hon att veta att Bob satte in en. Och eftersom Bob vet att han satte en 1, han ' Jag vet att Alice sätter noll. Om båda sätter i 1 eller båda sätter i nollor blir resultatet noll.
I varje situation kommer båda mottagarna att veta vilken bit den andra skickat - och de kommer att ha halverat halva tiden det vanligtvis tar för två personer att skicka varandra bitar med en enda partikel.
Bandbredden fördubblats.
Detta fungerar i den verkliga världen
Uppsatsen, som publicerades i tidskriften Physical Review Letters, var rent teoretiskt, men Del Santo och Dakić samarbetade med ett team av experimentalister vid universitetet i Wien för att visa att metoden kan fungera i den verkliga världen.
Den här delen av deras resultat har ännu inte gått igenom peer review och publicering i en dagbok, men den är tillgänglig på förtrycksservern arXiv.
Forskarna använde stråldelare för att separera fotoner i rumslig superposition, vilket innebar att de på något sätt var på två platser samtidigt. Genom att göra det, skrev forskarna, drog de ut precis det som det första uppsatsen beskrev: kodning av bitar i delade fotoner, blandning av dem igen och tolkning av resultaten.
Forskarna visade också att denna teknik med en liten modifiering skulle kunna användas för att genomföra perfekt säker kommunikation. Om en av kommunikatörerna, Alice, matar in en slumpmässig sträng av bitar och Bob kodar det sanna, sammanhängande meddelandet, skulle ingen avlyssning någonsin kunna räkna ut vad Bob berättade Alice utan att veta vad Alice hade kodat, sa Del Santo.
Ursprungligen publicerad den .