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科技工作者之家 2018-02-28
从经典物理学的角度来说,信息只能从发送方到接收方、沿着单一方向传播,不过这一认知日前已被量子物理学研究打破。据《物理评论快报》2月8日发表的一篇论文称,奥地利维也纳大学的弗拉维奥·德尔·圣多(Flavio Del Santo)和奥地利科学院的博里沃耶·达基克(Borivoje Dakić)两位物理学家已经证明,在量子世界中,信息可以同时朝两个方向传递,而这是经典物理学定律不容许的。
对于电子邮件、短信或电话等传统通信方式来说,信息是被嵌入到信息载体中后——比如一颗粒子或一个信号——再沿着单一方向进行传递。如果要该信息载体沿着另一个方向进行通信,就需要等待该粒子到达接收方以后,再将粒子传递回到发送方。言下之意就是,在经典物理学中,通过单个粒子的单次交换来进行双向通信是不可能的。
然而,德尔·圣多和达基克在理论上证明了这是可行的。为了证明这一理论假设,他们把一个量子粒子放在两个不同位置的叠加态上,这意味着量子粒子在叠加双方的位置“同时存在”,因此,双方都能同时将信息编码到同一个量子粒子中,这在经典物理学中基本上是一项不可能完成的任务。
“想想这样一个最简单的场景,爱丽丝和鲍勃两人想交换一个简单的信息,比如‘0’或‘1’,他们同时将各自的信息进行编码,直接置入同一个量子粒子的叠加态中。一旦信息被成功编码,双方就会将他们各自的‘量子粒子的部分’发送给对方。”达基克解释道。
在爱丽丝和鲍勃之间的中间位置需要安装某种单一装置,在实验中这一装置通过射束分离器来实现。
“每当携带信息的粒子撞击该单一装置,它就会朝爱丽丝或者鲍勃的方向不可抗拒地反射回去。更准确地说,该单一装置引导粒子沿着一条‘智能的路径’进行传递,通过这种方式,爱丽丝和鲍勃都收到了发送给他们的相应信息。例如,如果是爱丽丝收到了粒子,她就会知道鲍勃的信息正好与她的相反,反之亦然。”因此在最后,双方都发送并接收到了一条消息,而在相同的时间长度内,一颗经典物理学中的粒子只能发送一条单向消息。
这些理论成果已经在一项采用单光子的新实验中得到验证,德尔·圣多和达基克以及他们的合著者们在论文中报告说。该实验结果还进一步强化了这一新型通信概念的安全性和匿名性,特别是,通信方向的隐匿安全性——窃听者无法分辨谁是发送方、谁是接收方。因此,该研究成果可能会改善提升量子通信手段,让它在速度和安全性方面都更具优势。
科界原创
编译:朱明逸 审稿:三水 编辑:程建兰
来源:https://phys.org/news/2018-02-two-way-quantum-particle.html
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