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por Tejasri Gururaj, Phys.org
Un mapa de transmisión virtual puede tener un impacto significativo en el procesamiento de información cuántica. Crédito: Fractal Hassan/Unsplash
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Un mapa de transmisión virtual puede tener un impacto significativo en el procesamiento de información cuántica. Crédito: Fractal Hassan/Unsplash
En un nuevo estudio, los científicos proponen el concepto de “transmisión cuántica virtual”, que proporciona una solución al antiguo teorema de no clonación, ofreciendo así nuevas posibilidades para la transmisión de información cuántica.
El estudio, publicado en Physical Review Letters, describe un mapa de transmisión virtual que crea copias correlacionadas “virtualmente”. A través de una serie de cuatro teoremas, los investigadores establecen la viabilidad de este mapa, que permite la creación de copias correlacionadas de estados cuánticos a lo largo del tiempo.
Además, los investigadores demuestran la solidez del marco canónico, prueban su aproximación física al clonador universal y detallan cómo se puede implementar el mapa.
La radiodifusión cuántica virtual promete impactar muchos campos del procesamiento de información cuántica al aprovechar las correlaciones basadas en el tiempo, evitando así las limitaciones impuestas por el teorema de la no clonación.
¿Por qué no podemos copiar y pegar?
La mecánica cuántica, aunque increíblemente poderosa, está diseñada de tal manera que evita que la información sea replicada o copiada. Un estado cuántico encapsula toda la información relevante en el sistema y colapsa o cambia en uno de los posibles resultados de la medición cuando se mide u observa.
Significa que no podemos copiar el estado ya que es necesario medirlo para poder hacerlo. Este principio se conoce como teorema de no clonación. En términos más simples, no se puede simplemente copiar y pegar información cuántica como se haría con los datos clásicos.
Esta limitación plantea un obstáculo importante para los sistemas de comunicación cuántica que dependen de la capacidad de transmitir y reproducir información cuántica de manera eficiente.
El equipo de investigación estuvo formado por el Prof. Arthur Parzygnat del MIT, el Prof. James Fullwood de la Universidad de Hainan, el Prof. Francesco Buscemi de la Universidad de Nagoya y el Prof. Giulio Chiribella de la Universidad de Hong Kong, quienes explicaron su motivación a Phys.org.
Fueron motivados por este problema presentado por el teorema de no clonación. Su objetivo era estudiar la evolución de los estados cuánticos a lo largo del tiempo y comprender qué significaba “correlación no implica causalidad” para los estados puramente cuánticos.
Radiodifusión cuántica virtual
“Nuestra solución fue introducir canales virtuales de transmisión cuántica que, aunque no son procesos físicos genuinos, tienen muchas aplicaciones importantes en el procesamiento de información cuántica”, explicó el profesor Parzygnat.
A diferencia de los métodos de copia tradicionales, que están prohibidos por el teorema de la no clonación, estos canales o mapas de transmisión virtual funcionan virtualmente, lo que significa que no implican una replicación física directa.
En cambio, el mapa establece correlaciones entre diferentes instancias de un estado cuántico, permitiendo efectivamente la transmisión de información sin violar los principios fundamentales de la mecánica cuántica.
El mapa de transmisión virtual es único y satisface tres axiomas simples, que los investigadores exponen en el teorema 1. Los axiomas que rigen el mapa de transmisión virtual garantizan la coherencia ante cambios en:
- El marco de referencia.
- Simetría entre los extremos receptores.
- La capacidad de copiar información clásica sin verse afectada por la decoherencia.
Estos son los requisitos básicos de un mapa de radiodifusión virtual.
Los investigadores demuestran además (en el teorema 2) que se podría crear una aproximación física de dicho mapa utilizando un clonador universal, un dispositivo que puede hacer las copias más fieles posibles de un estado cuántico arbitrario.
A continuación, los investigadores muestran cómo se puede lograr el mapa de transmisión mediante descomposición (teorema 3). Establece que el mapa se puede descomponer en dos operaciones:
- Un protocolo de medir y preparar implica realizar una medición virtual en el sistema cuántico para crear un protocolo virtual que realice una medición virtual en el sistema cuántico.
- A continuación, se generan dos copias del estado cuántico virtual en función de los resultados de la medición virtual realizada en el paso anterior.
Finalmente, establecen (en el teorema 4) la equivalencia entre la acción de una función de evolución temporal y la acción del mapa de transmisión virtual sobre cualquier estado arbitrario. Esto implica que el mapa de transmisión virtual se comporta como una operación temporal, permitiendo la creación de copias virtuales correlacionadas de estados cuánticos a lo largo del tiempo.
“La característica más atractiva de este trabajo es que el mapa se caracteriza de manera única por un conjunto simple de requisitos naturales. Por eso lo llamamos canónico. Una propiedad tan única, a su vez, parece apuntar a una parte completamente nueva de la teoría cuántica, es decir, su estructura temporal, que todavía está en gran medida inexplorada”, explicó el profesor Buscemi.
Más información:
Arthur J. Parzygnat et al, Virtual Quantum Broadcasting, Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.110203. En arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2310.13049
Información de la revista:
Cartas de revisión física
© 2024 Red Ciencia X
2024-03-24 12:20:01
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