En (a) y (b), una partícula cuántica viaja a través de dos canales, N1 y N2, en un orden fijo. C ª), un interruptor cuántico crea una superposición de las dos configuraciones en (a) y (b). Crédito:Ebler et al. © 2018 Sociedad Estadounidense de Física
Los físicos han demostrado que el uso de dos canales cuánticos en diferentes órdenes puede mejorar la capacidad de una red de comunicación para transmitir información, incluso, contraintuitivamente, cuando los canales son idénticos. Este resultado contrasta fuertemente con cómo funcionan las cosas con canales clásicos idénticos (o casi cualquier otra cosa que sea idéntica), donde usarlos en un orden diferente no debería hacer ninguna diferencia.
Los físicos Daniel Ebler, Sina Salek, y Giulio Chiribella han publicado un artículo sobre esta propiedad inusual de los canales cuánticos y sus ventajas potenciales para la comunicación cuántica en un número reciente de Cartas de revisión física .
"Este es un nuevo paradigma de comunicación cuántica, "Dijo Salek Phys.org . "No solo los portadores de información son cuánticos, pero también los canales de comunicación se pueden combinar de forma cuántica. En este nuevo paradigma, es posible comunicarse en situaciones en las que normalmente no sería posible la comunicación ".
Teoría de la información, iniciada por la obra fundamental de Claude Shannon, se formuló originalmente como una teoría clásica, pero en los últimos años ha dado lugar a la teoría cuántica de Shannon. Aunque las redes de comunicación cuántica utilizan partículas cuánticas y procesos cuánticos para codificar y decodificar información, los canales reales todavía están conectados de una manera clásica, es decir, en un orden fijo. Esto significa que las partículas cuánticas que viajan a través de la red siempre pasarán por los canales en el mismo orden cada vez.
En el nuevo estudio, los físicos investigaron la posibilidad de conectar dos canales idénticos en una superposición cuántica de diferentes órdenes. Para hacer esto, utilizaron una operación llamada "interruptor cuántico" que toma dos canales idénticos como entradas y crea un nuevo canal en el que el orden de los dos canales de entrada se entrelaza con un sistema de control. Luego demostraron que la superposición cuántica resultante de órdenes de canal puede usarse para comunicar información clásica en esta red, lo cual es imposible de hacer cuando el pedido es fijo.
Como explican los físicos, los resultados pueden parecer paradójicos porque el intercambio del orden de dos canales idénticos no parece tener ningún efecto en un circuito cuántico ordinario. Sin embargo, los canales cuánticos son intrínsecamente ruidosos, y así cada canal puede descomponerse en una mezcla aleatoria de diferentes procesos. Algunos de estos procesos no se conmutan entre sí, es decir, el uso de procesos en diferentes órdenes produce resultados diferentes, por lo que estas diferencias se trasladan a los propios canales.
Esta aleatoriedad subyacente conduce a la capacidad de crear un canal que transmita información, información que no está contenida ni en el estado del sistema solo ni en el estado del control solo, sino más bien en las correlaciones entre ellos.
Los físicos calcularon la cantidad máxima de información que se puede transmitir al cambiar dos canales idénticos, y esperan que sea posible comunicar más información utilizando copias adicionales de estos canales. En colaboración con el grupo del profesor Philip Walther en Viena, ahora están planeando implementar su protocolo de comunicación con fotones.
"El objetivo es desarrollar una teoría completa de la comunicación, extender la teoría de Shannon a situaciones en las que diferentes líneas de transmisión se pueden combinar de forma cuántica, "Dijo Salek.
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