Jacob Hoover
0 
3919
1151
Er is een limiet aan hoe snel informatie door het universum kan bewegen, net zoals er een limiet is aan hoe snel al het andere door het universum kan bewegen. Het is een regel. Maar een team van kwantumfysici, zoals kwantumfysici vaak doen, heeft bedacht hoe ze het kunnen buigen.
Onder normale omstandigheden is de ultieme limiet voor informatieoverdracht - de bandbreedte van het universum - één bit per fundamenteel deeltje, dat niet sneller beweegt dan de lichtsnelheid. Dat is in het 'klassieke universum', de manier waarop dingen zich gedragen voordat de kwantumfysica erbij betrokken raakt.
Hier komt die limiet vandaan: als je een bericht dat bestaat uit de bits "1" of "0" naar je vriend wilt sturen, een lichtjaar verwijderd, en je hebt alleen een enkel foton, dan kun je dat ene binaire getal coderen in het foton en stuur het met lichte snelheid naar je vriend toe. Die vriend ontvangt het bericht een jaar later. Als je vriend dat foton wil gebruiken om een binair bericht naar je terug te sturen, moet je nog een jaar wachten. Als je in die tijd meer informatie wilt verzenden, heb je meer fotonen nodig. [Album: 's werelds mooiste vergelijkingen]
Maar in een nieuw artikel dat op 8 februari in het tijdschrift Physical Review Letters werd gepubliceerd, toonden een paar kwantumfysici aan dat het theoretisch mogelijk is om die bandbreedte te verdubbelen..
De techniek die wordt beschreven in het artikel, getiteld "Tweerichtingscommunicatie met een enkel kwantumdeeltje", staat je niet toe om je vriend twee bits met één deeltje te sturen. Maar het staat jou en je vriend toe om elkaar een stukje informatie te sturen met hetzelfde deeltje tegelijkertijd.
Als twee mensen die truc willen uithalen, schreven de onderzoekers, moeten ze het deeltje in een "superpositie van verschillende ruimtelijke locaties" plaatsen.
"Dat wordt meestal omschreven als op twee plaatsen tegelijk zijn", vertelde co-auteur Flavio Del Santo van de Universiteit van Wenen. .
De realiteit is een beetje ingewikkelder, maar het deeltje op twee plaatsen tegelijk voorstellen is een handige snelkoppeling om te begrijpen wat hier aan de hand is.
Op die manier hebben Alice en Bob (dat is wat Del Santo en zijn co-auteur Borivoje Dakić, van het Instituut voor Quantum Optica en Quantum Informatie in Oostenrijk, hun kwantumcommunicatoren noemden) elk hetzelfde deeltje aan het begin van de communicatie. En elk van de communicators, zei Del Santo, kan een enkel stukje informatie, een 1 of een nul, in het deeltje coderen.
Hun communicatie wordt nog steeds beperkt door de snelheid van het licht. Als Alice een "1" in het deeltje codeert, ziet Bob het niet meteen. Ze moet het deeltje nog steeds naar hem terugsturen. Maar deze situatie is bijzonder, omdat Alice en Bob elk een stukje informatie in het deeltje kunnen coderen en tegelijkertijd naar elkaar kunnen terugsturen.
De boodschap die elk van hen ziet wanneer het deeltje arriveert, zal het resultaat zijn van hun eigen stukje informatie en die van hun gesprekspartner bij elkaar opgeteld. Als Alice een nul heeft gecodeerd en Bob een 1, zien ze elk een 1. Maar omdat Alice weet dat ze een nul heeft ingevoerd, weet ze dat Bob een 1 heeft ingevoerd. En omdat Bob weet dat hij een 1 heeft ingevoerd, heeft hij ' Ik weet dat Alice een nul heeft ingevoerd. Als beide in 1 zetten, of beide in nullen, is het resultaat nul.
In elke situatie zullen beide ontvangers weten welk bit de ander heeft verzonden - en ze zullen de tijd hebben verkort die gewoonlijk nodig is voor twee mensen om elkaar bits te verzenden met behulp van een enkel deeltje.
Bandbreedte verdubbeld.
Dit werkt in de echte wereld
Het artikel, gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters, was puur theoretisch, maar Del Santo en Dakić werkten samen met een team van experimentalisten aan de Universiteit van Wenen om te laten zien dat de methode in de echte wereld kan werken..
Dit deel van hun resultaten is nog niet door vakgenoten beoordeeld en in een tijdschrift gepubliceerd, maar is beschikbaar op de preprint-server arXiv.
De onderzoekers gebruikten straalsplitsers om fotonen te scheiden in ruimtelijke superpositie, wat betekent dat ze in zekere zin op twee plaatsen tegelijk waren. Door dit te doen, schreven de wetenschappers, haalden ze precies uit wat het eerste artikel beschreef: bits coderen in gesplitste fotonen, ze weer samenvoegen en de resultaten interpreteren.
De onderzoekers toonden ook aan dat deze techniek, met een kleine aanpassing, kan worden gebruikt om perfect veilige communicatie te voeren. Als een van de communicatoren, Alice, een willekeurige reeks bits invoert en Bob de ware, samenhangende boodschap codeert, zou geen enkele afluisteraar ooit kunnen achterhalen wat Bob aan Alice vertelde zonder te weten wat Alice had gecodeerd, zei Del Santo..
Oorspronkelijk gepubliceerd op .