Física de la naturaleza ha publicado una nueva investigación realizada por un equipo dirigido por físicos de la Facultad de Física de la Universidad de Wits. En su artículo titulado: Caracterizando canales cuánticos con estados no separables de luz clásica, los investigadores demuestran el sorprendente resultado de que a veces la Naturaleza no puede notar la diferenciaentre tipos particulares de rayos láser y fotones entrelazados cuánticos.
En esencia, la investigación muestra que a veces la Naturaleza no puede distinguir la diferencia entre los mundos cuántico y clásico o real, y que existe un área gris entre los dos mundos llamada entrelazamiento clásico.
mundos clásicos y cuánticos
Los sistemas de comunicación actuales son muy rápidos, pero no son fundamentalmente seguros. Para hacerlos seguros, los investigadores usan las leyes de la Naturaleza para codificar explotando las extravagantes propiedades del mundo cuántico, como en el caso del uso de la Distribución de claves cuánticas QKD para una comunicación segura
"Cuántico" se refiere a lo pequeño, y en el mundo fotónico esto significa un fotón, una sola partícula de luz. Las reglas del mundo cuántico son muy diferentes de las del mundo clásico, y los experimentos son tradicionalmente mucho más difíciles debidoa la dificultad de manejar solo unos pocos fotones.
"En el mundo clásico nuestra intuición es cierta. No hay sorpresas y se pueden hacer experimentos con muchos fotones miles y miles de millones de ellos, como la luz láser", explica el profesor Andrew Forbes, líder del equipo de colaboración y DistinguidoProfesor en la Facultad de Física donde dirige el Laboratorio de Luz Estructurada de Wits.
"Pero no es así en el mundo cuántico, donde las cosas nunca son como parecen. Aquí las ondas a veces se ven como partículas, partículas como ondas, y las mediciones cambian las propiedades de lo que estás tratando de medir".
es posible la corrección de errores cuánticos en tiempo real
Ahora los investigadores han demostrado que hay un área gris donde la naturaleza no puede distinguir entre lo clásico y lo cuántico. Esto abre la posibilidad de realizar primero experimentos cuánticos con un tipo de luz clásica llamada luz "enredada clásicamente".
Por ejemplo, establecer un enlace de comunicación cuántico seguro a larga distancia es muy difícil: "Los enlaces cuánticos como en la fibra óptica que usan patrones de luz languidecen a distancias cortas precisamente porque no hay forma de proteger el enlace contra el ruido interferencia de, por ejemplo, niebla o una curva en un cable sin detectar los fotones. Sin embargo, una vez que se detectan, su utilidad se destruye ", dice Forbes.
Esta situación de captura 22 ha sido un obstáculo aparentemente insuperable. Ahora el equipo ha demostrado que esto se puede superar utilizando campos de luz clásicos muchos fotones, lo que permite la corrección de errores cuánticos en tiempo real.
Al preparar y enviar un llamado haz "enredado clásicamente", el equipo podría demostrar que esto era idéntico al envío de un estado cuántico. Esto significa que la desintegración cuántica observada debido al ruido en el enlace puede invertirse, allanando el caminopara avances importantes en enlaces cuánticos seguros en fibra y espacio libre.
"Mostramos por primera vez que la luz clásica se puede utilizar para analizar un enlace cuántico, actuando como un equivalente directo al comportamiento del estado cuántico", dice Bienvenu Ndagano, autor principal y estudiante de doctorado en la Universidad de Wits.
"No es similar, ni imita, sino equivalente. Para mostrar esto, explotamos un tipo particular de rayo láser, llamado rayo vectorial, que tiene la propiedad de no ser separable y a veces llamado 'enredado clásico'".
Ndagano explica que la propiedad por excelencia del enredo cuántico es la no separabilidad del estado, lo que significa que una parte del sistema no puede separarse de la otra ". Pero la no separabilidad no es exclusiva del mundo cuántico: puede encontraren mapas meteorológicos donde las ubicaciones en el mapa y las temperaturas en esos lugares no se pueden separar "
luz clásica enredada
Más curiosamente, los haces de vectores clásicos también tienen esta propiedad, que el equipo llama luz "enredada clásicamente".
Dice Forbes, "Lo que preguntamos fue: ¿significa esto que la luz clásica se puede usar en sistemas cuánticos, un área gris entre los dos mundos que llamamos entrelazamiento clásico?"
"La noción de entrelazamiento clásico es muy discutida en la comunidad de la física y algunos argumentan que se trata simplemente de una construcción matemática", dice Thomas Konrad UKZN, coautor del artículo ". Este trabajo muestra que hay un significado físicoa eso también, y ofrecemos los primeros datos uno al lado del otro de la equivalencia del enredo clásico y cuántico ".
Anteriormente, corregir un error en el estado cuántico utilizado para una comunicación segura significaría medir el fotón enviado, lo que a su vez significaría perder la información que uno estaba tratando de enviar.
Este trabajo permite establecer y probar enlaces cuánticos de larga distancia con luz clásica entrelazada: como no hay escasez de fotones en la luz clásica, todas las medidas necesarias para corregir los errores en el estado cuántico pueden realizarse en tiempo realtiempo sin destruir la información cuántica.
Por lo tanto, la corrección de errores en tiempo real es posible ya que puede realizar experimentos en el mundo clásico que le dirán cómo solucionar el error en el mundo cuántico.
Transferencia de datos rápida y segura a través del enlace del mundo real
El equipo está trabajando en empaquetar tanta información en fotones usando patrones de luz como un medio para codificar la información. Dado que hay un número ilimitado de patrones, la cantidad de información que se puede enviar de forma segura también es, en principio, al menos,ilimitado.
Si bien todos los patrones son equivalentes en términos de capacidad de información, este trabajo sugiere que la elección del patrón también juega un papel importante en el análisis y la corrección de los errores experimentados al pasar por el enlace.
"Al trabajar en esta área gris entre lo clásico y lo cuántico podemos mostrar una transferencia de datos rápida y segura a través de enlaces del mundo real", dice Forbes.
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Materiales proporcionado por Universidad de Witwatersrand . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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