_ Dincolo de clonare: valorificarea puterii de difuzare cuantică virtuală

Într-un nou studiu, oamenii de știință propun conceptul de „difuzare cuantică virtuală”, care oferă o soluție la teorema de lungă durată fără clonare, oferind astfel noi posibilități de transmitere a informațiilor cuantice.

Studiul, publicat în Physical Review Letters, conturează o hartă virtuală de difuzare care creează copii corelate „virtual”. Printr-o serie de patru teoreme, cercetătorii stabilesc viabilitatea acestei hărți, care permite crearea unor copii corelate ale stărilor cuantice în timp.

În plus, cercetătorii demonstrează robustețea cadrului canonic, dovedesc aproximarea sa fizică față de clonerul universal și detalierea modului în care poate fi implementată harta.

Difuzarea cuantică virtuală promite să influențeze multe domenii ale procesării informațiilor cuantice prin valorificarea corelațiilor bazate pe timp, evitând astfel limitările impuse de Teorema fără clonare.

Mecanica cuantică, deși este incredibil de puternică, este construită astfel încât să împiedice replicarea sau copierea informațiilor. O stare cuantică încapsulează toate informațiile relevante din sistem și se prăbușește sau se modifică la unul dintre rezultatele posibile ale măsurării atunci când este măsurată sau observată.

Înseamnă că nu putem copia starea deoarece trebuie să o fi măsurat pentru a putea face asta. Acest principiu este cunoscut sub numele de teorema fără clonare. În termeni mai simpli, nu puteți doar să copiați și să lipiți informații cuantice așa cum ați face cu datele clasice.

Această limitare reprezintă un obstacol semnificativ pentru sistemele de comunicații cuantice care se bazează pe capacitatea eficientă de a transmite și reproduce informații cuantice. .

Echipa de cercetare a fost formată din Prof. Arthur Parzygnat de la MIT, Prof. James Fullwood de la Universitatea Hainan, Prof. Francesco Buscemi de la Universitatea Nagoya și Prof. Giulio Chiribella de la Universitatea din Hong Kong, care a explicat motivația lor către Phys.org.

Au fost motivați de această problemă prezentată de teorema fără clonare. Scopul lor a fost de a studia evoluția stărilor cuantice de-a lungul timpului și de a înțelege ce înseamnă „corelația nu implică cauzalitate” pentru stările pur cuantice.

„Modul nostru a fost să introducem canale virtuale de difuzare cuantică, care, deși nu sunt procese fizice autentice, au multe aplicații importante în procesarea informațiilor cuantice”, a explicat prof. Parzygnat.

Spre deosebire de metodele tradiționale de copiere, care sunt interzise de teorema fără clonare, aceste canale sau hărți virtuale de difuzare funcționează virtual, ceea ce înseamnă că nu implică replicare fizică directă.

În schimb, harta stabilește corelații între diferite instanțe ale unei stări cuantice, permițând efectiv transmiterea de informații fără a încălca principiile fundamentale ale mecanicii cuantice.

Harta de difuzare virtuală este unică și satisface trei axiome simple, pe care cercetătorii le prezintă în teorema 1. Axiomele care guvernează harta de difuzare virtuală asigură consistența în cazul schimbărilor în:

Aceste sunt cerințele de bază ale unei hărți de difuzare virtuală.

Cercetătorii demonstrează în continuare (în teorema 2) că o aproximare fizică a unei astfel de hărți ar putea fi creată folosind un cloner universal, un dispozitiv care poate face cele mai fidele copii ale o stare cuantică arbitrară posibilă.

În continuare, cercetătorii arată cum se poate realiza harta de difuzare prin descompunere (teorema 3). Acesta stabilește că harta poate fi împărțită în două operațiuni:

În final, ei stabilesc (în teorema 4) echivalența dintre acțiunea unei funcții de evoluție în timp și acțiunea hărții de difuzare virtuală asupra oricărei stări arbitrare. Aceasta implică faptul că harta de difuzare virtuală se comportă ca o operațiune de timp, permițând crearea de copii virtuale corelate ale stărilor cuantice în timp.

„Cea mai atrăgătoare caracteristică a acestei lucrări este că harta este caracterizată în mod unic prin un set simplu de cerințe naturale. De aceea îl numim canonic. O astfel de proprietate unică, la rândul său, pare să indice o parte cu totul nouă a teoriei cuantice, adică structura sa asemănătoare timpului, care este încă în mare măsură neexplorată", a explicat. Prof. Buscemi.

Prin stabilirea unei teoreme virtuale de difuzare cuantică, cercetătorii au scos la iveală o serie de noi posibilități pentru calculul cuantic, informațiile cuantice și criptografia cuantică.

„One avenue”. Găsesc deosebit de interesant, și la care lucrez în prezent cu Prof. Parzygnat, modul în care o stare de difuzare virtuală poate codifica statisticile de măsurare a două măsurători separate în timp într-un anumit laborator”, a spus prof. Fullwood.

Acest lucru susține interpretarea difuzării virtuale ca un proces spațio-temporal care oglindește fluxul de informații cuantice de-a lungul timpului, „similar cu modul în care spațiu-timpul încapsulează evoluția spațiului în timp”, a adăugat prof. Fullwood.

Cercetătorii subliniază, de asemenea, că difuzarea virtuală dezvăluie structura ascunsă din spatele multor tehnologii informaționale cuantice. . Prof. Chiribella explică acest lucru printr-un exemplu în contextul comunicării cuantice: „O modalitate naturală prin care un interceptător cu urechea poate accesa un canal de comunicare cuantică este să încerce să copieze stări cuantice.”

„După cum se dovedește,” , cel mai bun mod aproximativ de a copia starea cuantică este de a realiza o aproximare fizică a difuzării noastre virtuale.”

Această înțelegere poate îmbunătăți măsurile de securitate în comunicarea cuantică, oferind informații despre potențialele tehnici de interceptare și contramăsurile acestora.

Cercetătorii ne arată că intrăm într-o nouă zonă a teoriei cuantice, considerată anterior neortodoxă sau interzisă, cum ar fi măsurarea directă a preciziei în dispozitivele cuantice, așa cum este permisă de harta de difuzare virtuală.

p>„Poate că răspunsurile la multe întrebări fundamentale pot fi găsite aici”, a concluzionat prof. Buscemi.

© 2024 Science X Network

(Fluierul)