Quais são as vantagens reais da codificação superdensa?

Na codificação superdensa, dois qubits são preparados por Eva em um estado emaranhado; um deles é enviado para Alice e o outro é enviado para Bob. Alice é quem quer enviar (para Bob) dois bits clássicos de informação. Dependendo do par de bits clássicos que Alice deseja enviar (por exemplo, um de , 01 , 10 e 11 ), Alice aplica uma certa operação ou porta quântica ao seu qubit e envia o resultado a Bob, que aplica outras operações para recuperar a "mensagem clássica".$00$$01$$10$$11$

Não me parece que a codificação superdensa ofereça alguma vantagem sobre as técnicas clássicas de comunicação. Dois qubits (aquele enviado para Alice e o enviado para Bob por Eve) e bits (os dois enviados para Bob por Alice) são enviados, dois qubits (um é recebido por Alice e o outro por Bob) e bits (os dois enviado por Alice para Bob) são recebidos. Além disso, li que se alguém tiver acesso ao qubit enviado para Bob, a comunicação parece não ser segura (de qualquer maneira).

Quais são as vantagens reais da codificação superdensa em comparação com o envio de dois bits de informações de Alice para Bob?

TL; DR: Embora dois qubits devam ser transmitidos no total, no instante em que dois bits devem ser comunicados, apenas um qubit deve ser enviado. As informações enviadas são mascaradas, mas não são realmente seguras.

Existem duas fases distintas em um protocolo de codificação superdenso. Na fase 1,

• $(|00\rangle+|11\rangle)/\sqrt{2}$

• Alice e Bob viajam para locais distantes, cada um levando seu qubit. Assumimos que não há erros; o estado quântico não muda com o tempo.

Tudo isso aconteceu com antecedência, muito antes de Alice saber qual mensagem ela quer enviar para Bob. A segunda fase ocorre mais tarde, quando Alice decide que mensagem de dois bits ela deseja enviar para Bob.

• $\mathbb{I},X, Z$$Y$

• Alice envia seu qubit para Bob.

• Quando Bob recebe o qubit de Alice, ele reúne os dois qubits e mede na base de Bell. Cada um dos quatro diferentes resultados possíveis de medição corresponde a uma das quatro mensagens que Alice teve que escolher.

Portanto, no geral, você está correto ao enviar dois qubits. No entanto, um desses qubits pode ser fornecido a Bob com antecedência, muito antes da comunicação e antes da decisão do conteúdo da mensagem. Assim, no instante em que você deseja enviar dois bits de informação (fase 2), você só precisa enviar um qubit (o que Alice possui). É como se você soubesse que você tem muitos prazos para entrega no mesmo dia. Você não deixa de executar cada um desses trabalhos até o último minuto, mesmo que haja alguns ajustes de última hora que você precisa fazer em cada um deles. Você trabalha com antecedência, para que, quando essas informações de última hora estiverem disponíveis, você precise fazer o mínimo possível.

Essa é a idéia por trás da codificação superdensa e ilustra um dos princípios da informação quântica: você pode fornecer algum recurso em um momento anterior, independentemente do que será feito posteriormente e esse recurso pode ser consumido para obter um resultado mais eficiente no instante

$\mathbb{I}/2$

Se for o caso de Alice preparar os dois qubits e enviá-los para Bob (apenas em momentos diferentes), para que um bisbilhoteiro possa interceptar o primeiro qubit também, então o protocolo é completamente inseguro, pois o bisbilhoteiro pode simplesmente substituir Bob. Não há autenticação do receptor.

O que significa "preparar um estado quântico"?

$d$$d$

Na prática, como isso é feito? Primeiro você mede seu sistema quântico para descobrir em que estado ele já está e executa uma operação unitária para convertê-lo do que é para o que você deseja que seja.

A codificação superdensa pode ser usada para suavizar a utilização da rede " armazenando a largura de banda ". Durante uma baixa utilização, complete o tráfego com as metades do EPR. Durante uma alta utilização, queime as metades do EPR para dobrar a capacidade disponível.

A codificação superdensa pode transformar um canal quântico bidirecional com largura de banda B (em ambas as direções) em um canal clássico unidirecional com largura de banda 2B . Basta usar a direção reversa para enviar as metades do EPR, que você usa para alimentar a codificação superdensa na direção direta.

A codificação superdensa pode converter largura de banda de alta latência em largura de banda de baixa latência. Por exemplo, se você tiver dois canais quânticos com largura de banda B, mas um deles tiver uma latência de 1 segundo em vez de 10 milissegundos, poderá fornecer as metades do EPR no canal de alta latência e usá-las para alimentar os dados reais sendo superdensos codificados sobre o canal de baixa latência. (Imagine um caminhão aparecendo com uma caixa de metades de EPR, para que sua Internet vá mais rápido.)

Advertência: todos eles assumem que um canal quântico é menos do que o dobro de um canal clássico, o que pode nunca ser verdade financeiramente.