Teoría de la información, que fue desarrollado por Claude Shannon a partir de finales de la década de 1940, trata cuestiones como la rapidez con la que se puede enviar información a través de un canal de comunicaciones ruidoso. Tanto los portadores de información (p. Ej., fotones) y el canal (por ejemplo, cable de fibra óptica) se supone que son sistemas clásicos, con bien definido, estados perfectamente distinguibles.

En las últimas dos décadas, Los físicos han estado desarrollando una versión cuántica de la teoría de la información en la que el estado interno de cada portador de información tiene propiedades cuánticas. como la superposición:la capacidad de ocupar dos o más estados clásicos a la vez. Pero, en general, se sigue asumiendo que las líneas de transmisión son clásicas, de modo que el camino que toman los mensajes en el espacio siempre esté bien definido.

Ahora en un nuevo periódico Los físicos Giulio Chiribella y Hlér Kristjánsson de la Universidad de Oxford y la Universidad de Hong Kong han propuesto un segundo nivel de cuantificación, en el que tanto los portadores de información como los canales pueden estar en superposición cuántica. En este nuevo paradigma de la comunicación, los portadores de información pueden viajar a través de múltiples canales simultáneamente.

"Este trabajo proporciona la base para una nueva teoría de la comunicación donde la propagación de información en el espacio y el tiempo se trata de forma cuántica, "Dijo Chiribella Phys.org . "Abre nuevas vías para las redes de comunicación cuántica y para una futura Internet cuántica, donde los datos podrían enviarse de un remitente a un receptor a través de múltiples servidores cuánticos. Explotar la interferencia de diferentes vías de comunicación, será posible comunicarse de manera más eficiente y segura. En el nivel fundamental, la transmisión de mensajes a lo largo de múltiples trayectorias podría dar lugar a pruebas fundamentales de la naturaleza cuántica del espacio-tiempo ".

Este fenómeno de superposición de canales se puede observar en el famoso experimento de doble rendija, en el que un solo fotón parece pasar a través de dos rendijas a la vez. A pesar de que se usa un solo fotón, el fotón crea un patrón de interferencia en el detector. La mejor explicación para el patrón de interferencia es que el fotón interfirió consigo mismo, como una ola, después de viajar simultáneamente a través de ambas rendijas a lo largo de dos caminos diferentes.

Cuando a un portador de información se le permite viajar a través de dos canales de comunicación simultáneamente, puede ofrecer ventajas como la reducción del ruido (debido a la interferencia del ruido en diferentes caminos) y una mayor capacidad de canal. Estas ventajas se han demostrado en experimentos recientes con fotones.

En el nuevo periódico, los físicos tuvieron que afrontar algunos de los retos que implicaba la incorporación de la superposición de canales en una teoría cuántica de la información. Uno de los desafíos es describir la superposición de canales de manera compositiva, de modo que se pueda predecir el comportamiento de un canal cuando se utilice en combinación con otros canales. Un segundo desafío es que la superposición de estados internos de los portadores de información debe estar claramente separada de la superposición de caminos. De lo contrario, el camino en sí se convierte en parte del mensaje, y el sistema se puede describir utilizando el marco cuántico convencional.

Al abordar estos desafíos, los físicos formularon un modelo de comunicaciones cuánticas que se puede utilizar para calcular la cantidad de información que se puede transmitir de forma fiable cuando se utiliza un número determinado de canales en una superposición cuántica. Contraintuitivamente, los físicos demostraron que, para ciertos tipos de ruido, la superposición de canales, junto con la capacidad de cambiar de canal consigo mismo, podría usarse para eliminar completamente todo el ruido. Esto abre la posibilidad de obtener una comunicación cuántica perfecta en un canal ruidoso.

"Nuestro trabajo definió un modelo de comunicación y proporcionó algunos ejemplos de prueba de principio, "Dijo Chiribella." Sin embargo, esto solo ha arañado la superficie de lo que se puede lograr con la superposición de canales de comunicación cuántica. Ahora estamos explorando el poder de las correlaciones entre ellos. Si dos trayectorias visitan la misma región, el proceso experimentado por el portador de información en la primera trayectoria puede correlacionarse con el proceso experimentado en la segunda trayectoria. Aprovechando estas correlaciones de una manera inteligente, Es posible mejorar el rendimiento de la comunicación más allá de lo que se puede hacer con la superposición de canales independientes. Conocer estas correlaciones nos dará nuevos conocimientos sobre las formas peculiares en las que la información cuántica se propaga en el espacio y el tiempo ".

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