Des physiciens ont démontré que l'utilisation de deux canaux quantiques dans des ordres différents peut améliorer la capacité d'un réseau de communication à transmettre des informations, voire contre-intuitivement, lorsque les canaux sont identiques. Ce résultat contraste fortement avec la façon dont les choses fonctionnent avec des canaux classiques identiques (ou à peu près tout ce qui est identique), où les utiliser dans un ordre différent ne devrait faire aucune différence.

Les physiciens Daniel Ebler, Sina Salek, et Giulio Chiribella ont publié un article sur cette propriété inhabituelle des canaux quantiques et ses avantages potentiels pour la communication quantique dans un récent numéro de Lettres d'examen physique .

"C'est un nouveau paradigme de la communication quantique, " Salek a dit Phys.org . "Non seulement les porteurs d'information sont quantiques, mais aussi les canaux de communication peuvent être combinés de manière quantique. Dans ce nouveau paradigme, il est possible de communiquer dans des situations où normalement aucune communication ne serait possible."

Théorie de l'information, mis au point par les travaux fondateurs de Claude Shannon, a été formulée à l'origine comme une théorie classique, mais ces dernières années a donné naissance à la théorie quantique de Shannon. Bien que les réseaux de communication quantique utilisent des particules quantiques et des processus quantiques pour coder et décoder les informations, les canaux réels sont toujours connectés de manière classique, c'est-à-dire dans un ordre fixe. Cela signifie que les particules quantiques traversant le réseau passeront toujours à travers les canaux dans le même ordre à chaque fois.

Dans la nouvelle étude, les physiciens ont étudié la possibilité de connecter deux canaux identiques dans une superposition quantique d'ordres différents. Pour faire ça, ils ont utilisé une opération appelée "commutateur quantique" qui prend deux canaux identiques comme entrées et crée un nouveau canal dans lequel l'ordre des deux canaux d'entrée est intriqué avec un système de contrôle. Ils ont ensuite montré que la superposition quantique résultante des ordres de canaux peut être utilisée pour communiquer des informations classiques dans ce réseau, ce qui est impossible à faire lorsque la commande est fixée.

Comme l'expliquent les physiciens, les résultats peuvent sembler paradoxaux car échanger l'ordre de deux canaux identiques ne semble pas avoir d'effet dans un circuit quantique ordinaire. Cependant, les canaux quantiques sont intrinsèquement bruyants, et ainsi chaque canal peut être décomposé en un mélange aléatoire de différents processus. Certains de ces processus ne commutent pas les uns avec les autres, c'est-à-dire l'utilisation des processus dans des ordres différents produit des résultats différents, et ces différences se répercutent donc sur les canaux eux-mêmes.

Ce caractère aléatoire sous-jacent conduit à la capacité de créer un canal qui transmet des informations - des informations qui ne sont contenues ni dans l'état du système seul ni dans l'état du contrôle seul, mais plutôt dans les corrélations entre eux.

Les physiciens ont calculé la quantité maximale d'informations qui peuvent être transmises en commutant deux canaux identiques, et ils s'attendent à ce qu'il soit possible de communiquer plus d'informations en utilisant des copies supplémentaires de ces canaux. En collaboration avec le groupe du professeur Philip Walther à Vienne, ils envisagent maintenant de mettre en œuvre leur protocole de communication avec des photons.

"Le but est de développer une théorie complète de la communication, étendre la théorie de Shannon aux situations où différentes lignes de transmission peuvent être combinées de manière quantique, " dit Salek.

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