Los físicos han utilizado una computadora cuántica de siete qubits para simular la codificación de información dentro de un agujero negro, anunciando un futuro en el que los bits cuánticos enredados podrían usarse para sondear los misteriosos interiores de estos objetos extraños.
La codificación es lo que sucede cuando la materia desaparece dentro de un agujero negro. La información adjunta a esa materia, las identidades de todos sus constituyentes, hasta la energía y el impulso de sus partículas más elementales, se mezcla caóticamente con toda la otra materiae información dentro, lo que hace que sea imposible recuperarlo.
Esto lleva a la llamada "paradoja de la información del agujero negro", ya que la mecánica cuántica dice que la información nunca se pierde, incluso cuando esa información desaparece dentro de un agujero negro.
Entonces, mientras algunos físicos afirman que la información que cae a través del horizonte de eventos de un agujero negro se pierde para siempre, otros argumentan que esta información puede reconstruirse, pero solo después de esperar una cantidad excesiva de tiempo, hasta que el agujero negro se haya reducido acasi la mitad de su tamaño original. Los agujeros negros se encogen porque emiten radiación de Hawking, que es causada por fluctuaciones mecánicas cuánticas en el borde del agujero negro y lleva el nombre del fallecido físico Stephen Hawking.
Desafortunadamente, un agujero negro la masa de nuestro sol tomaría alrededor de 10 67 años para evaporarse, mucho, mucho más que la edad del universo.
Sin embargo, hay un resquicio, o más bien, un agujero de gusano, fuera de este agujero negro. Puede ser posible recuperar esta información que cae significativamente más rápido midiendo enredos sutiles entre el agujero negro y la radiación de Hawking que emite.
Dos bits de información, como los bits cuánticos, o qubits, en una computadora cuántica, se enredan cuando están tan estrechamente vinculados que el estado cuántico de uno determina automáticamente el estado del otro, sin importar qué tan separados esténLos físicos a veces se refieren a esto como "acción espeluznante a distancia", y las mediciones de qubits enredados pueden conducir a la "teletransportación" de información cuántica de un qubit a otro.
"Uno puede recuperar la información que cae en el agujero negro haciendo un cálculo cuántico masivo en estos fotones salientes de Hawking", dijo Norman Yao, profesor asistente de física de UC Berkeley. "Se espera que esto sea muy, muy difícil, perosi se cree en la mecánica cuántica, en principio debería ser posible. Eso es exactamente lo que estamos haciendo aquí, pero para un pequeño "agujero negro" de tres qubits dentro de una computadora cuántica de siete qubits ".
Al dejar caer un qubit enredado en un agujero negro y consultar la radiación emergente de Hawking, teóricamente podrías determinar el estado de un qubit dentro del agujero negro, proporcionando una ventana al abismo.
Yao y sus colegas de la Universidad de Maryland y el Perimeter Institute for Theoretical Physics en Waterloo, Ontario, Canadá, informarán sus resultados en un documento que aparece en la edición del 6 de marzo de la revista Naturaleza .
Teletransportación
Yao, que está interesado en comprender la naturaleza del caos cuántico, aprendió de su amigo y colega Beni Yoshida, un teórico del Instituto Perimeter, que es posible recuperar la información cuántica que cae en un agujero negro si la información se revuelve rápidamente dentro del negroagujero. Cuanto más se mezcle en todo el agujero negro, más confiablemente se puede recuperar la información a través de la teletransportación. En base a esta idea, Yoshida y Yao propusieron el año pasado un experimento para demostrar demostrablemente la codificación en una computadora cuántica.
"Con nuestro protocolo, si mides una fidelidad de teletransportación que sea lo suficientemente alta, entonces puedes garantizar que la codificación ocurrió dentro del circuito cuántico", dijo Yao. "Entonces, llamamos a mi amigo, Chris Monroe".
Monroe, un físico de la Universidad de Maryland en College Park que dirige uno de los principales grupos de información cuántica de iones atrapados del mundo, decidió intentarlo. Su grupo implementó el protocolo propuesto por Yoshida y Yao y midió efectivamentefunción de correlación ordenada por tiempo.
llamadas OTOC, estas funciones de correlación peculiares se crean al comparar dos estados cuánticos que difieren en el momento en que se aplican ciertas patadas o perturbaciones. La clave es poder evolucionar un estado cuántico tanto hacia adelante como hacia atrás en el tiempo para comprender el efectode esa segunda patada en la primera patada.
El grupo de Monroe creó un circuito cuántico de aleatorización en tres qubits dentro de una computadora cuántica de iones atrapados de siete qubits y caracterizó la decadencia resultante de la OTOC. Si bien la decadencia de la OTOC generalmente se toma como una fuerte indicación de que ha ocurrido una codificación,probar que tenían que demostrar que el OTOC no se descompuso simplemente debido a la decoherencia, es decir, que no solo estaba mal protegido del ruido del mundo exterior, lo que también hace que los estados cuánticos se desmoronen.
Yao y Yoshida demostraron que cuanto mayor era la precisión con la que podían recuperar la información enredada o teletransportada, más estrictamente podían poner un límite inferior a la cantidad de codificación que se había producido en el OTOC.
Monroe y sus colegas midieron una fidelidad de teletransportación de aproximadamente el 80 por ciento, lo que significa que tal vez la mitad del estado cuántico estaba codificado y la otra mitad decaído por la decoherencia. Sin embargo, esto fue suficiente para demostrar que realmente se había producido una codificación genuina en estos tres momentos.circuito cuántico qubit.
"Una posible aplicación para nuestro protocolo está relacionada con la evaluación comparativa de las computadoras cuánticas, donde uno podría usar esta técnica para diagnosticar formas más complicadas de ruido y decoherencia en los procesadores cuánticos", dijo Yao.
Yao también está trabajando con un grupo de UC Berkeley dirigido por Irfan Siddiqi para demostrar la codificación en un sistema cuántico diferente, qutritos superconductores: bits cuánticos que tienen tres, en lugar de dos, estados. Siddiqi, profesor de física de UC Berkeley, también liderael esfuerzo en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley para construir un banco de pruebas de computación cuántica avanzada.
"En esencia, este es un experimento de qubit o qutrit, pero el hecho de que podamos relacionarlo con la cosmología es porque creemos que la dinámica de la información cuántica es la misma", dijo. "Estados Unidos está lanzando un billón-la iniciativa cuántica en dólares y la comprensión de la dinámica de la información cuántica conecta muchas áreas de investigación dentro de esta iniciativa: circuitos cuánticos e informática, física de alta energía, dinámica de agujeros negros, física de materia condensada y física atómica, molecular y óptica.llegar a ser generalizado para nuestra comprensión de todos estos sistemas diferentes "
Aparte de Yao, Yoshida y Monroe, otros coautores son el estudiante graduado de la Universidad de Berkeley, T. Schuster y KA Landsman, C. Figgatt y NM Linke del Joint Quantum Institute de Maryland. El trabajo fue apoyado por el Departamento de Energía y el NationalFundación de la ciencia.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Berkeley . Original escrito por Robert Sanders. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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