Квантовое плотное кодирование: Алисе (слева) и Бобу (справа) посылается по одному фотону из запутанной пары, которая может находиться в одном из четырех состояний. Боб может либо оставить ее в том же состоянии, либо воздействовать на свой фотон и перевести в любое другое. Затем Боб пересылает фотон Алисе, которая узнает, в каком из четырех состояний находится пара, и получает два бита информации. Изображение из журнала Physics World.

В классическом случае с одним фотоном можно передать один бит информации фотон находится в одном из двух возможных состояний, определив, в каком именно, адресат получает один бит. Ученые давно стремятся увеличить "емкость" фотона, повысив пропускную способность канала и скорость передачи данных. Теоретически это возможно, но мешает несовершенство современных приборов.

Один из используемых методов увеличения емкости квантовое плотное кодирование основан на способности пары фотонов находиться в запутанном состоянии. Свойства одного фотона изменяются одновременно со свойствами другого фотона, с которым он запутан, даже если они разнесены в пространстве.

Схема квантового плотного кодирования приведена на иллюстрации: отправитель (Боб) и адресат (Алиса) получают по фотону, причем фотоны запутаны друг с другом. Боб приводит пару в одно из четырех возможных состояний (воздействуя лишь на свой фотон) и передает Алисе эту информацию (пересылая, опять же, лишь один фотон). Таким образом, измерив состояние пары, Алиса в идеальном случае могла бы получить два бита, хотя для их передачи использовался лишь один фотон.

В реальности, однако, этого не происходит: современные оптические устройства не позволяют различить все четыре состояния запутанной пары фотонов, максимум три. Таким образом, Алиса может получить максимум log₂3 1,585 бита информации.

Хулио Баррейро (Julio Barreiro) и его коллегам из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн удалось улучшить этот результат, повысив способность детектора (Алисы) распознавать состояния. Группа Баррейро придала фотону орбитальный угловой момент, заставив его двигаться по спирали. Угловой момент сам не является носителем информации, но позволяет детектору лучше определить, в каком состоянии находится пара. Довести объем передаваемой информации до двух бит опять же пока не удалось, лучший практический результат 1,63 бита, что, однако, уже является рекордом.