信息理論是由克勞德·香農（Claude Shannon）於20世紀40年代末開始開發的，它處理的問題包括如何通過嘈雜的通信渠道快速發送信息。假設信息載體（例如，光子）和信道（例如，光纖電纜）都是經典系統，具有明確定義的，完全可區分的狀態。
在過去的二十年中，物理學家一直在開發一種信息理論的量子版本，其中每個信息載體的內部狀態具有量子特性，例如疊加 - 一次佔據兩個或多個經典狀態的能力。但是傳輸線通常仍然被認為是經典的，因此空間中的消息所採用的路徑總是很明確。
牛津大學和香港大學的物理學家Giulio Chiribella和HlérKristjánsson在一篇新論文中提出了第二級量子化，其中信息載體和信道都可以是量子疊加。在這種新的通信範例中，信息載體可以同時通過多個通道。
這項工作為新的通信理論奠定了基礎，在這種理論中，信息在空間和時間上的傳播受到量子力學的處理。 它開闢了量子通信網絡和未來量子網際網路的新途徑，數據可以通過多個量子伺服器從發送器發送到接收器。利用不同通信路徑的幹擾，可以更有效地進行通信。從根本上講，沿著多個軌跡的信息傳輸可能會引發對時空量子性質的基本測試。
在著名的雙縫實驗中可以觀察到這種通道疊加現象，其中單個光子似乎一次穿過兩個狹縫。即使僅使用單個光子，光子也會在探測器上產生幹涉圖案。幹涉圖案的最佳解釋是光子在沿兩條不同路徑同時穿過兩個狹縫之後，像波一樣幹擾自身。
當允許信息載體同時通過兩個通信信道時，它可以提供諸如降低噪聲（由於不同路徑上的噪聲幹擾）和更高信道容量的優點。最近的光子實驗證明了這些優點。
在新論文中，物理學家不得不面對將信道疊加納入信息量子理論所涉及的一些挑戰。其中一個挑戰是以組合方式描述通道的疊加，以便在與其他通道結合使用時可以預測通道的行為。第二個挑戰是信息載體的內部狀態的疊加必須與路徑的疊加明確分開。否則，路徑本身成為消息的一部分，並且可以使用傳統的量子框架來描述系統。
通過解決這些挑戰，物理學家們制定了一種量子通信模型，可用於計算在量子疊加中使用給定數量的信道時可以可靠傳輸的信息量。與直覺相反，物理學家表明，對於某些類型的噪聲，通道的疊加以及自身切換通道的能力可用於完全消除所有噪聲。這開闢了在嘈雜通道中獲得完美量子通信的可能性。
「我們的工作定義了一種溝通模式，並提供了一些原理證明的例子，」Chiribella說。「然而，這只能觸及量子通信渠道疊加所能實現的目標。我們現在正在探索它們之間相關性的力量。如果兩個軌跡訪問同一個區域，那麼信息載體在第一軌跡可以與第二軌跡中經歷的過程相關聯。通過巧妙地利用這些相關性，可以提高通信性能，超越獨立信道疊加所能達到的效果。獲得這些相關性將為我們提供有關量子信息在空間和時間中傳播的特殊方式的新見解。「