Tomemos la máxima cantidad de información posible de un solo fotón:
La información tendría que guardarse en las propiedades que puede poseer un fotón. Estos son: frecuencia / energía / longitud de onda (estos son más o menos lo mismo), dirección de propagación y lo más importante polarización. Además, todas estas propiedades pueden exhibir superposición cuántica.
Frecuencia : esta es la propiedad de los fotones utilizados para distinguir entre canales de radio. Es un parámetro continuo y, como tal, en teoría puede codificar arbitrariamente mucha información, limitada solo por su capacidad para distinguir entre frecuencias de fotones. Sin embargo, en la práctica no es tan accesible una propiedad. Por lo general, su fuente de fotones coherentes solo produce un número muy limitado de frecuencias diferentes y, por lo general, sus medios para transportar, manipular y detectar fotones solo funcionan en un rango específico de frecuencias.
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Direcciones de propagación : tenemos tres direcciones espaciales en las que el modo de fotón puede extenderse y transportar información codificada en su forma. Teóricamente, son tres parámetros continuos más ilimitados de información que solo están limitados por nuestra resolución. Pero tampoco son fáciles de controlar si queremos usar el fotón para transportar información. Pero como se me señaló en los comentarios, un qutrit (como un poco pero con tres estados) se ha codificado con éxito en un modo espacial de un fotón en el pasado.
Polarización : ahora estamos hablando. Esta es la propiedad que generalmente se usa en experimentos reales donde los fotones individuales transportan información. Un fotón tiene dos modos de polarización disponibles, así que básicamente esto te da un poco. Esta propiedad es muy bien manipulable y accesible, incluso de una manera cuántica coherente, lo que hace que la capacidad de transporte de información de la polarización de fotones sea un qubit.
TL; DR : en teoría, un solo fotón puede codificar una cantidad ilimitada de información en su forma de frecuencia y modo. Pero a todos los efectos prácticos, un solo fotón puede transportar exactamente un qubit de información codificada en su polarización y tal vez un par de qubits o trits o quads más codificados en una o más propiedades continuas de fotones, dependiendo de qué tan avanzados estén sus mecanismos de control. .
Saludos, Silas