在標(biāo)準(zhǔn)的交流中，信鴿總是傳遞信息，這些信息被鏈接到一個(gè)物理實(shí)體/粒子上。與直覺(jué)相反，維也納大學(xué)、劍橋大學(xué)和麻省理工學(xué)院的科學(xué)家在《NPJ量子信息》上發(fā)表了一份新的反事實(shí)通信協(xié)議，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，在量子力學(xué)中，這并不總是正確的，因此與通信理論的一個(gè)關(guān)鍵前提相矛盾。

無(wú)論是空中的鴿子、電報(bào)線中的電子、手機(jī)的無(wú)線電波，還是光纖中的單個(gè)光子，在標(biāo)準(zhǔn)通信中，總是有一個(gè)粒子或波參與雙方之間的信息交換。

愛(ài)麗絲和鮑勃，然而在量子力學(xué)中，當(dāng)參與信息交換的粒子或波從鮑勃傳播到愛(ài)麗絲時(shí)，可以將信息從愛(ài)麗絲發(fā)送到鮑勃。在Philip Walther領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)國(guó)際合作中，維也納大學(xué)科學(xué)家與劍橋大學(xué)和麻省理工學(xué)院合作，實(shí)施了一項(xiàng)新的反事實(shí)通信協(xié)議。在標(biāo)準(zhǔn)光子通信中，信息以單個(gè)光子編碼；因此信息和單個(gè)光子的傳播方向相同。然而，在反事實(shí)的交流中，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)與信息方向相同的載體。在這個(gè)實(shí)現(xiàn)中，單個(gè)光子將從愛(ài)麗絲傳播到鮑勃，而信息將從鮑勃傳播到愛(ài)麗絲。

那么是什么傳遞了這個(gè)信息呢？甚至在接收到單個(gè)光子之前，鮑勃就根據(jù)他想要發(fā)送的信息位(0或1)來(lái)準(zhǔn)備設(shè)置。這樣，如果他想發(fā)送1比特，就把單個(gè)光子發(fā)送回去；如果他想發(fā)送0比特，就把光子保存在實(shí)驗(yàn)室里。與直覺(jué)相反，密碼分析師艾倫·圖靈最先發(fā)現(xiàn)的Zeno效應(yīng)使鮑勃能夠在不與光子發(fā)生實(shí)際交互的情況下將光子發(fā)回。然后愛(ài)麗絲將通過(guò)觀察發(fā)送的光子，是否返回來(lái)解釋鮑勃的信息。因此，單光子的存在和不存在就足以編碼任何信息。

在以前的反事實(shí)通信協(xié)議中，對(duì)于鮑勃是否與光子相互作用仍然存在一些不確定性。在這個(gè)新實(shí)現(xiàn)中，以前實(shí)現(xiàn)的兩個(gè)主要缺點(diǎn)，弱跟蹤和后選擇，現(xiàn)在已經(jīng)完全克服了。在我們的實(shí)現(xiàn)中，沒(méi)有光子沿著與信息相同方向運(yùn)動(dòng)的痕跡，能夠在不丟棄信息位的情況下補(bǔ)償信息錯(cuò)誤。維也納大學(xué)科學(xué)家將麻省理工學(xué)院建造的一個(gè)集成光子平臺(tái)，與劍橋大學(xué)提出的一項(xiàng)新的理論建議結(jié)合起來(lái)，反駁了通信理論的一個(gè)重要前提：信息總是由物理粒子或波攜帶。

博科園｜研究/來(lái)自：維也納大學(xué)

參考期刊《NPJ量子信息》

DOI: 10.1038/S41534-019-0179-2

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