Rudolf Cole
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C'è un limite alla velocità con cui le informazioni possono muoversi nell'universo, proprio come c'è un limite alla velocità con cui tutto il resto può muoversi nell'universo. È una regola. Ma un team di fisici quantistici, come spesso fanno i fisici quantistici, ha capito come piegarlo.
In circostanze normali, il limite massimo al trasferimento di informazioni - la larghezza di banda dell'universo - è un bit per particella fondamentale, che non si muove più velocemente della velocità della luce. Questo è nell '"universo classico", il modo in cui le cose si comportano prima che la fisica quantistica venga coinvolta.
Ecco da dove viene quel limite: se vuoi far arrivare un messaggio composto dai bit "1" o "0" al tuo amico a un anno luce di distanza e tutto ciò che hai è un singolo fotone, puoi codificare quel singolo numero binario nel fotone e inviarlo sfrecciando verso il tuo amico alla velocità della luce. Quell'amico riceverà il messaggio un anno dopo. Se il tuo amico vuole usare quel fotone per restituirti un messaggio binario, dovrai aspettare un altro anno. Se vuoi inviare più informazioni in quel lasso di tempo, avrai bisogno di più fotoni. [Album: Le equazioni più belle del mondo]
Ma in un nuovo articolo pubblicato l'8 febbraio sulla rivista Physical Review Letters, una coppia di fisici quantistici ha dimostrato che è teoricamente possibile raddoppiare quella larghezza di banda.
La tecnica descritta nel documento, intitolato "Comunicazione bidirezionale con una singola particella quantistica", non ti consente di inviare al tuo amico due bit con una particella. Ma consente a te e al tuo amico di inviarvi a vicenda un po 'di informazioni usando la stessa particella allo stesso tempo.
Se due persone vogliono tirare fuori quel trucco, hanno scritto i ricercatori, devono mettere la particella in una "sovrapposizione di diverse posizioni spaziali".
"Di solito viene descritto come se si trovasse in due posti contemporaneamente", ha detto il coautore dello studio Flavio Del Santo, dell'Università di Vienna .
La realtà è un po 'più complicata, ma immaginare la particella in due punti contemporaneamente è un'utile scorciatoia per capire cosa sta succedendo qui.
In questo modo, Alice e Bob (questo è ciò che Del Santo e il suo coautore Borivoje Dakić, dell'Istituto per l'ottica quantistica e l'informazione quantistica in Austria, hanno chiamato i loro comunicatori quantistici) hanno ciascuno la stessa particella all'inizio della comunicazione. E ciascuno dei comunicatori, ha detto Del Santo, può codificare un singolo bit di informazione, un 1 o uno zero, nella particella.
La loro comunicazione è ancora limitata dalla velocità della luce. Quando Alice codifica un "1" nella particella, Bob non lo vede immediatamente. Deve ancora rispedirgli la particella. Ma questa situazione è speciale, perché Alice e Bob possono ciascuno codificare un po 'di informazioni nella particella e inviarlo l'uno all'altro allo stesso tempo.
Il messaggio che ognuno di loro vedrà quando la particella arriverà sarà il risultato delle proprie informazioni e di quelle del loro interlocutore sommate. Se Alice ha codificato uno zero e Bob un 1, vedranno ciascuno un 1. Ma poiché Alice sa di aver inserito uno zero, saprà che Bob ha inserito un 1. E poiché Bob sa che ha inserito un 1, lui ' Saprò che Alice ha messo uno zero. Se entrambi mettono 1, o entrambi mettono zero, il risultato sarà zero.
In ogni situazione, entrambi i ricevitori sapranno quale bit ha inviato l'altro - e avranno dimezzato il tempo necessario a due persone per inviarsi reciprocamente bit utilizzando una singola particella.
Larghezza di banda raddoppiata.
Funziona nel mondo reale
L'articolo, pubblicato sulla rivista Physical Review Letters, era puramente teorico, ma Del Santo e Dakić hanno collaborato con un team di sperimentatori dell'Università di Vienna per dimostrare che il metodo può funzionare nel mondo reale.
Questa parte dei loro risultati non è stata ancora sottoposta a peer review e pubblicazione in una rivista, ma è disponibile sul server di preprint arXiv.
I ricercatori hanno utilizzato i divisori di fascio per separare i fotoni in sovrapposizione spaziale, nel senso che erano, in un certo senso, in due posti contemporaneamente. In questo modo, hanno scritto gli scienziati, hanno ottenuto esattamente ciò che descriveva il primo articolo: codificare bit in fotoni divisi, mescolarli di nuovo insieme e interpretare i risultati.
I ricercatori hanno anche dimostrato che, con una leggera modifica, questa tecnica potrebbe essere utilizzata per condurre comunicazioni perfettamente sicure. Se uno dei comunicatori, Alice, immette una stringa casuale di bit e Bob codifica il messaggio vero e coerente, nessun intercettatore sarebbe mai in grado di capire cosa stava dicendo Bob ad Alice senza sapere cosa Alice aveva codificato, ha detto Del Santo.
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