Дорогие читатели, Нашему шестнадцатилетнему, волонтёрскому и некоммерческому проекту для создания новой, современной версии N-N-N.ru, очень нужно посоветоваться касательно платформы нашего сайта – SYMFONY & DRUPAL 8. Платформа не простая, но обещаем – мы не займём много времени, просто нужна консультационная поддержка квалифицированного разраба. Если вы можете помочь, то связаться с нами можно на страницах Facebook.com здесь и здесь.

Квантовый эффект способствует передаче информации по классическому каналу с помехами

Физики из Университета Уотерлу (Канада) составили теоретическое описание протокола, в котором квантовое запутывание повышает вероятность успешной передачи бита по классическому каналу, и реализовали такой способ связи в эксперименте.

В девяностых годах было показано, что эффект запутанности квантовых состояний можно использовать для увеличения скорости передачи информации по квантовым каналам с помехами и без помех. Тогда же учёные заключили, что расширить возможности классического канала запутанность не позволяет.

В упомянутых работах, однако, обсуждался стандартный случай многократного использования канала, где нужно снижать «общую» частоту появления ошибок. Канадцы же рассмотрели однократную передачу одного бита, и здесь эффект запутанности, как оказалось, приносит ощутимую выгоду.

Одиночный сеанс связи можно представить в виде игры на показанной ниже доске с четырьмя кнопками, выкрашенными в белый или серый цвет и соединёнными отрезками трёх разных цветов. Игроков, как это принято в криптографии, мы назовём Алисой и Бобом: первая будет отправителем сообщения, а второй — получателем. В простейшем варианте игры Алиса нажимает на одну из кнопок, после чего доска передаётся Бобу, и один из трёх отрезков, примыкающих к выбранной отправителем кнопке, высвечивается. Затем Бобу предлагают указать, какая именно кнопка была нажата; поскольку к каждому отрезку примыкают две кнопки, получателю в любом случае придётся гадать, и вероятность правильного ответа составляет ровно 0,5.

board.jpg Рис. 1. Игровая доска (иллюстрация Carin Cain).

При изменении правил игры шансы на выигрыш можно заметно увеличить. Пусть Бобу необходимо указать не конкретную кнопку, а её цвет, и до начала игры получатель и отправитель договариваются о том, что нажата будет одна из кнопок, находящихся слева (обмениваются кодом). Задача Боба, очевидно, упрощается: если высвечиваются красные или зелёные отрезки, он безошибочно определяет цвет, так как правые кнопки не рассматриваются, и только в одном варианте из трёх — когда высвечивается синий отрезок — ему приходится угадывать. Вероятность корректного ответа, следовательно, составляет 2/3 + 1/3•1/2, что примерно равно 0,833. В классическом случае и при условии, что игра остаётся азартной, это значение максимально, то есть сразу за ним идёт стопроцентная вероятность.

Теперь рассмотрим квантовую «добавку» к классическому случаю. Здесь отправителю и получателю выдают по одному фотону из запутанной по поляризации пары, и Алиса действует так. Сначала она случайным образом выбирает цвет кнопки, которая будет нажата, и в соответствии с этим устанавливает один из двух возможных базисов для измерений своего фотона. Выполнив измерения, она также получает один из двух возможных результатов, который однозначно определяет кнопку (левую или правую в выбранном ранее ряду). Нажав на неё, Алиса передаёт доску Бобу.

Если высвечивается зелёный отрезок, Боб, которому предстоит угадать цвет нажатой кнопки, сразу даёт верный ответ. В противном случае он должен выбрать базис, основываясь на том, какой из отрезков — красный или синий — высветился, и провести измерение. К примеру, при известном красном отрезке ему интересно узнать, какой из синих примыкает к выбранной кнопке, поскольку эта информация однозначно её идентифицирует.

Преимущество методики заключается в том, что квантовые корреляции позволяют Бобу при измерении в нужном базисе получить верную информацию такого рода с вероятностью, примерно равной 0,854. Общая вероятность корректного ответа будет составлять 1/3 + 2/3•0,854, или 0,902. Квантовое запутывание, таким образом, обеспечивает повышение шансов на целых семь процентов.

Этот результат был подтверждён в эксперименте с запутанными парами фотонов, получаемыми в процессе спонтанного параметрического рассеяния с помощью кристалла титанил-фосфата калия KTiOPO4. Кристалл обладает нелинейными оптическими свойствами, и фотоны падающего на него лазерного излучения с некоторой вероятностью «расщепляются» на пары меньшей энергии.

Измеренная вероятность корректной передачи бита составила 0,891 ± 0,002. Это значение, как видим, несколько отличается от теоретического максимума, но разницу легко объяснить неидеальным «качеством» запутанного состояния.

Полная версия отчёта опубликована в статье:

R. Prevedel, Y. Lu, W. Matthews, R. Kaltenbaek, and K. J. Resch Entanglement-Enhanced Classical Communication Over a Noisy Classical Channel. – Phys. Rev. Lett. 106, 110505 (2011) [4 pages]; DOI: 10.1103/PhysRevLett.106.110505.

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 5 (2 votes)
Источник(и):

1. " Американское физическое общество":http://physics.aps.org/articles/v4/21

2. compulenta.ru