¿Cuáles son las ventajas reales de la codificación superdensa?

En la codificación superdensa, Eva prepara dos qubits en un estado enredado; uno de ellos se envía a Alice y el otro a Bob. Alice es la que quiere enviar (a Bob) dos bits clásicos de información. Dependiendo de qué par de bits clásicos quiere enviar Alice (es decir, uno de , 01 , 10 y 11 ), Alice aplica una determinada operación cuántica o puerta a su qubit, y envía el resultado a Bob, que luego aplica otras operaciones para recuperar El "mensaje clásico".$00$$01$$10$$11$

No me parece que la codificación superdensa proporcione alguna ventaja sobre las técnicas de comunicación clásicas. Se envían dos qubits (el enviado a Alice y el enviado a Bob por Eve) y los bits (los dos enviados a Bob por Alice), dos qubits (uno es recibido por Alice y el otro por Bob) y bits (los dos enviado por Alice a Bob) son recibidos. Además, leí que si alguien tiene acceso al qubit enviado a Bob, entonces la comunicación parece no ser segura (de todos modos).

¿Cuáles son las ventajas reales de la codificación superdensa en comparación con solo enviar dos bits de información de Alice a Bob?

TL; DR: Si bien se deben transmitir dos qubits en total, en el instante en que se deben comunicar dos bits, solo se debe enviar un qubit. La información que se envía está enmascarada, pero no es realmente segura.

Hay dos fases distintas para un protocolo de codificación superdenso. En la fase 1,

• $(|00\rangle+|11\rangle)/\sqrt{2}$

• Alice y Bob viajan a lugares distantes, cada uno tomando su qubit. Asumimos que no hay errores; El estado cuántico no cambia con el tiempo.

Todo esto sucedió de antemano, mucho antes de que Alice sepa qué mensaje quiere enviarle a Bob. La segunda fase ocurre más tarde, cuando Alice decide qué mensaje de dos bits quiere enviar a Bob.

• $\mathbb{I},X, Z$$Y$

• Alice envía su qubit a Bob.

• Cuando Bob recibe el qubit de Alice, reúne los dos qubits y mide en la base de Bell. Cada uno de los cuatro resultados de medición posibles diferentes corresponde a uno de los 4 mensajes de los que Alice tuvo que elegir.

Entonces, en general, tiene razón en que deben enviarse dos qubits. Sin embargo, uno de estos qubits se puede proporcionar a Bob por adelantado, mucho antes de la comunicación y antes de que se decida el contenido del mensaje. Por lo tanto, en el instante en que desea enviar dos bits de información (fase 2), solo tiene que enviar un qubit (el que tiene Alice). Es como si supieras que tienes muchos plazos para todos en el mismo día. No deja de hacer cada uno de esos trabajos hasta absolutamente el último minuto, incluso si hay algunos ajustes de último minuto que tiene que hacer en cada uno. Trabaja en las cosas por adelantado para que, cuando esa información de último minuto esté disponible, tenga que hacer lo mínimo posible.

Esta es la idea detrás de la codificación superdensa, e ilustra uno de los principios de la información cuántica: puede proporcionar algún recurso en un momento anterior, independientemente de lo que se vaya a hacer más tarde y ese recurso se puede consumir para lograr un resultado más eficiente en el instante

$\mathbb{I}/2$

Si es el caso de que Alice prepara ambos qubits y se los envía a Bob (solo en diferentes momentos), para que un espía pueda interceptar también el primer qubit, entonces el protocolo es completamente inseguro ya que el espía puede reemplazar a Bob. No hay autenticación del receptor.

¿Qué significa "preparar un estado cuántico"?

$d$$d$

En la práctica, ¿cómo se hace esto? Primero mide su sistema cuántico para descubrir en qué estado se encuentra ya y realiza una operación unitaria para convertirlo de lo que es a lo que quiere que sea.

La codificación superdensa se puede utilizar para suavizar la utilización de la red al " almacenar el ancho de banda ". Durante la baja utilización, recargue el tráfico con mitades EPR. Durante la alta utilización, queme las mitades EPR para duplicar la capacidad disponible.

La codificación superdensa puede convertir un canal cuántico bidireccional con ancho de banda B (en ambas direcciones) en un canal clásico unidireccional con ancho de banda 2B . Simplemente use la dirección inversa para enviar mitades EPR, que luego usa para alimentar la codificación superdensa en la dirección hacia adelante.

La codificación superdensa puede convertir el ancho de banda de alta latencia en ancho de banda de baja latencia. Por ejemplo, si tiene dos canales cuánticos con ancho de banda B pero uno de ellos tiene una latencia de 1 segundo en lugar de 10 milisegundos, puede entregar mitades EPR sobre el canal de alta latencia y usarlas para alimentar los datos reales que se codifican de manera superdensa sobre canal de baja latencia. (Imagine un camión que aparece con una caja de mitades EPR, para que su Internet vaya más rápido).

Advertencia: todo esto supone que un canal cuántico es menos del doble de caro que un canal clásico, lo que puede no ser cierto desde el punto de vista financiero.