Thomas Dalton
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Es gibt eine Grenze dafür, wie schnell sich Informationen durch das Universum bewegen können, genauso wie es eine Grenze dafür gibt, wie schnell sich alles andere durch das Universum bewegen kann. Es ist eine Regel. Aber ein Team von Quantenphysikern, wie es Quantenphysiker oft tun, hat herausgefunden, wie man es biegt.
Unter normalen Umständen beträgt die endgültige Grenze für die Informationsübertragung - die Bandbreite des Universums - ein Bit pro Grundpartikel und bewegt sich nicht schneller als die Lichtgeschwindigkeit. Das ist im "klassischen Universum", wie sich die Dinge verhalten, bevor die Quantenphysik involviert wird.
Hier kommt diese Grenze: Wenn Sie Ihrem Freund in einem Lichtjahr eine Nachricht mit den Bits "1" oder "0" senden möchten und nur ein einzelnes Photon haben, können Sie diese einzelne Binärzahl codieren in das Photon und schicke es mit Lichtgeschwindigkeit auf deinen Freund zu. Dieser Freund wird die Nachricht ein Jahr später erhalten. Wenn Ihr Freund dieses Photon verwenden möchte, um eine binäre Nachricht an Sie zurückzusenden, müssen Sie ein weiteres Jahr warten. Wenn Sie in dieser Zeit mehr Informationen senden möchten, benötigen Sie mehr Photonen. [Album: Die schönsten Gleichungen der Welt]
In einem neuen Artikel, der am 8. Februar in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht wurde, haben zwei Quantenphysiker gezeigt, dass es theoretisch möglich ist, diese Bandbreite zu verdoppeln.
Mit der in diesem Artikel beschriebenen Technik mit dem Titel "Zwei-Wege-Kommunikation mit einem einzelnen Quantenteilchen" können Sie Ihrem Freund keine zwei Bits mit einem Teilchen senden. Aber es erlaubt Ihnen und Ihrem Freund, sich gegenseitig ein Informationsstück mit demselben Partikel zur gleichen Zeit zu senden.
Wenn zwei Menschen diesen Trick durchziehen wollen, schreiben die Forscher, müssen sie das Teilchen in eine "Überlagerung verschiedener räumlicher Orte" bringen.
"Das wird normalerweise als gleichzeitig an zwei Orten beschrieben", sagte der Co-Autor der Studie, Flavio Del Santo, von der Universität Wien .
Die Realität ist etwas komplizierter, aber die Vorstellung des Partikels an zwei Stellen gleichzeitig ist eine nützliche Abkürzung, um zu verstehen, was hier vor sich geht.
Auf diese Weise haben Alice und Bob (so haben Del Santo und sein Co-Autor Borivoje Dakić vom Institut für Quantenoptik und Quanteninformation in Österreich ihre Quantenkommunikatoren genannt) zu Beginn der Kommunikation jeweils dasselbe Teilchen. Und jeder der Kommunikatoren, sagte Del Santo, kann ein einzelnes Informationsbit, eine 1 oder eine Null, in das Teilchen codieren.
Ihre Kommunikation ist immer noch durch die Lichtgeschwindigkeit begrenzt. Wenn Alice eine "1" in das Partikel codiert, sieht Bob es nicht sofort. Sie muss das Partikel immer noch zu ihm zurückschicken. Diese Situation ist jedoch etwas Besonderes, da Alice und Bob jeweils ein Stück Information in das Partikel codieren und gleichzeitig zueinander zurücksenden können.
Die Nachricht, die jeder von ihnen sieht, wenn das Partikel eintrifft, ist das Ergebnis seiner eigenen Informationen und der Summe seiner Gesprächspartner. Wenn Alice eine Null und Bob eine 1 codiert, sehen sie jeweils eine 1. Aber weil Alice weiß, dass sie eine Null eingegeben hat, weiß sie, dass Bob eine 1 eingegeben hat. Und weil Bob weiß, dass er eine 1 eingegeben hat, hat er ' Ich werde wissen, dass Alice eine Null eingegeben hat. Wenn beide 1 oder beide Nullen eingeben, ist das Ergebnis Null.
In jeder Situation wissen beide Empfänger, welches Bit das andere gesendet hat - und sie haben die Hälfte der Zeit verkürzt, die normalerweise zwei Personen benötigen, um sich gegenseitig Bits mit einem einzelnen Partikel zu senden.
Bandbreite verdoppelt.
Das funktioniert in der realen Welt
Das in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlichte Papier war rein theoretisch, aber Del Santo und Dakić haben sich mit einem Team von Experimentatoren an der Universität Wien zusammengetan, um zu zeigen, dass die Methode in der realen Welt funktionieren kann.
Dieser Teil ihrer Ergebnisse wurde noch nicht durch Peer Review und Veröffentlichung in einem Journal veröffentlicht, ist jedoch auf dem Preprint-Server arXiv verfügbar.
Die Forscher verwendeten Strahlteiler, um Photonen in räumliche Überlagerungen zu trennen, was bedeutete, dass sie sich gewissermaßen an zwei Orten gleichzeitig befanden. Auf diese Weise, so schrieben die Wissenschaftler, haben sie genau das erreicht, was in der ersten Veröffentlichung beschrieben wurde: Bits in gespaltene Photonen codieren, wieder zusammenmischen und die Ergebnisse interpretieren.
Die Forscher zeigten auch, dass diese Technik mit einer geringfügigen Modifikation verwendet werden kann, um eine perfekt sichere Kommunikation durchzuführen. Wenn einer der Kommunikatoren, Alice, eine zufällige Folge von Bits eingibt und Bob die wahre, kohärente Nachricht codiert, könnte kein Lauscher jemals herausfinden, was Bob Alice erzählt, ohne zu wissen, was Alice codiert hat, sagte Del Santo.
Ursprünglich veröffentlicht am .