Квантовая сцепленность поможет даже в классическом канале передачи информации
 Поле с кнопками и светящимися линиями для игры "Угадай кнопку" - лучший способ наглядного объяснения влияния квантовой сцепленности на передачу в классическом канале, подверженном внешним помехам. |
|
||||||||
В 90-х годах прошлого века, когда квантовая информатика была еще совсем молодым направлением, ученые обнаружили, что квантовая сцепленность, свойство квантовой механики, связывающее различные объекты между собой так, что в действительности они не могут вести себя независимо, может помочь в телепортации квантовых битов, повышая при этом скорость коммуникаций. Причем, верно это утверждение оказалось как для свободных от помех квантовых каналов, так и для каналов с помехами. Однако они же выдвинули предположение, что сцепленность не будет помогать в случае повышения плотности частиц в классическом канале.
Несмотря на это предположение, группа ученых из University of Waterloo (Канада) в своей работе, опубликованной в журнале Physical Review Letters, показала, что сцепленность может иметь свое влияние в классическом канале с помехами. Для подтверждения своей догадки ученые использовали принципиально новую экспериментальную установку. Вместо того чтобы требовать уменьшения числа коммуникационных ошибок передачи при одновременном множественном использовании классического канала, они осуществляли лишь одну передачу, стараясь при этом повысить вероятность получения сообщения приемником.
Возможно, лучший способ пояснить это на примере – игра «Угадай кнопку». В игре есть 2 соперника (А и Б), которые находятся в различных комнатах. Ведущий игры дает первому игроку (А) доску с четырьмя кнопками, одну из которых игрок выбирает случайным образом. Каждой кнопки «касаются» три линии: красная, зеленая и синяя, одна из которых «зажигается», когда ведущий приносит доску второму игроку и просит угадать нажатую ранее кнопку. Вероятность правильного выбора – 50/50. Но, допустим, игроки заранее договорились, что первый выберет кнопку только справа или только слева (договорились о кодировании, если перевести пример на язык квантовой коммуникационной теории). Тогда шансы на победу существенно увеличиваются. Только в 1/6 случаях второму участнику придется угадывать (когда, допустим, подсвечиваться будет линия, соединяющая две кнопки слева). Теперь вероятность победы 5/6.
Но вернемся к квантовой механике. Допустим, каждый игрок получил бы по одной из двух сцепленных частиц перед началом игры. Это увеличивает их шансы на победу, если используется следующая стратегия: сначала первый игрок случайным образом решает, нажмет он кнопки сверху или снизу; далее он измеряет состояние «своей» запутанной частицы способом, который зависит от сделанного выбора. При этом у каждого измерения существует два возможных исхода. В зависимости от результатов измерения, игрок выбирает правую или левую кнопку. Второй игрок действует в зависимости от линии, которая «подсвечивается», когда он получает поле. Ученые предложили стратегию, основанную на измерении сцепленной частицы различными способами (в зависимости от информации, которую необходимо получить) и дающую вероятность выигрыша около 90%. Таким образом, сцепленность явилась результатом 7% повышения вероятности успеха.
Для проверки теории научная группа выполнила эксперимент в лаборатории квантовой оптики. Они использовали поляризованные сцепленные фотоны, путешествующие между двумя измерительными устройствами, а также электрическую цепь, подсоединенную к генератору случайных чисел, имитирующему шум в канале передачи.
Также по теме:
- Новые полимеры позволяют усовершенствовать технологию хранения информации на DVD-дисках
- Новый подход к хранению информации с помощью света
Источники: