El profesor asociado de física de la Universidad Estatal de Luisiana, Mark M. Wilde, y su colaborador han resuelto un problema de hace 20 años en la teoría de la información cuántica sobre cómo calcular el costo del entrelazamiento, una forma de medir el entrelazamiento, de una manera eficientemente computable., útil y ampliamente aplicable en varias áreas de investigación cuántica.
en un nuevo artículo publicado en Cartas de revisión física , Wilde y el coautor, el Dr. Xin Wang de Baidu Research, describen cómo permitir una gama ligeramente más amplia de operaciones físicas que lo que se conoce como LOCC operaciones locales y comunicación clásica, que ha dejado atónitos a los científicos cuánticos con matemáticas difíciles durante algún tiempo.- hace posible caracterizar el costo de entrelazamiento exacto de un estado cuántico dado. Su trabajo cierra una investigación de larga data en la teoría del entrelazamiento que se conoce como el "costo de entrelazamiento exacto PPT de un estado cuántico".
La ciencia de la información cuántica tiene como objetivo comprender y controlar las propiedades extrañas y a veces espeluznantes de los estados cuánticos es decir, estados entrelazados que permiten tareas de procesamiento de información que son imposibles en el mundo no cuántico, como la teletransportación, la computación cuántica y absolutamentecomunicación segura.
La unidad más básica de entrelazamiento se conoce como estado de Bell. Puede pensar en ella como la molécula más pequeña posible que consta de dos átomos entrelazados qubits, en realidad cuyo entrelazamiento es absoluto, lo que implica que si pudiera echar un vistazo a uno deellos, sabrías sin lugar a dudas que el otro sería su gemelo, con las mismas características. Como dos personas lanzando una moneda al aire; si una persona obtiene cruz, lo que razonablemente es una probabilidad de 50/50, la otra tendrá la garantía deobtienen cruz o ambos obtienen cara, lo mismo, una consecuencia de un entrelazamiento absoluto o un estado de campana. Además, nadie más en el universo puede conocer el resultado exacto del lanzamiento de la moneda, y esta es la razón principal por la que la comunicación segurabasado en el entrelazamiento cuántico es posible y deseable.
"El entrelazamiento cuántico es una especie de supercorrelación que comparten dos partes distantes", explicó Wilde. "Si el mundo fuera descrito solo por la física clásica, entonces no sería posible tener las fuertes correlaciones disponibles con el entrelazamiento cuántico. Sin embargo,, nuestro mundo es fundamentalmente mecánico cuántico, y el entrelazamiento es una característica esencial de él ".
Cuando el entrelazamiento cuántico se descubrió por primera vez en la década de 1930, se pensó que era una molestia porque era difícil de entender y no estaba claro cuáles serían sus beneficios. Pero con el auge de la ciencia de la información cuántica en la década de 1990, se entendió enun sentido teórico como la clave para tecnologías cuánticas notables. Ejemplos recientes de tales tecnologías incluyen el experimento chino de teletransportación de tierra a satélite en 2017, así como el logro de supremacía computacional cuántica de Google el año pasado.
En LSU, físicos cuánticos como Omar Magaña-Loaiza y Thomas Corbitt realizan rutinariamente experimentos que podrían beneficiarse de la nueva y más precisa medida de Wilde y Wang. En sus respectivos laboratorios, Magaña-Loaiza generó recientemente estados entrelazados a través de mediciones condicionales, lo que constituye unapaso importante en el desarrollo de sistemas tipo láser entrelazados, mientras que Corbitt realizó un estudio de entrelazamiento optomecánico, que tiene el potencial de ser una fuente confiable de entrelazamiento multifotón en longitudes de onda cortas. La nueva medida de entrelazamiento de Wilde y Wang, denominada? entrelazamiento o max-negatividad logarítmica, se puede utilizar para evaluar y cuantificar el entrelazamiento producido en una amplia gama de experimentos de física cuántica.
Las unidades básicas de entrelazamiento o estados de Bell también se conocen como e-bits. El entrelazamiento se puede ver de dos formas diferentes: o cuántos e-bits se necesitarían para preparar un estado cuántico, o cuántos e-bits se podrían extraer.o "destilar" de un estado complejo enredado. El primero se conoce como costo de entrelazamiento y es el problema que consideraron Wilde y Wang.
"Los E-bits son un recurso valioso y desea usar la menor cantidad posible de ellos", dijo Wilde. "En física, a menudo desea ver tanto el proceso hacia adelante como el proceso hacia atrás. ¿Es reversible? Ysi es así, ¿pierdo algo en el camino? Y la respuesta es sí ".
Wilde admite que el problema que él y Wang han resuelto es algo esotérico, un truco matemático. Sin embargo, permitirá a los científicos de la información cuántica calcular de manera eficiente los costos de entrelazamiento dadas ciertas restricciones.
"No todas las medidas de entrelazamiento se pueden calcular de manera eficiente y tienen un significado como el costo de entrelazamiento. Esa es una distinción clave entre todo el trabajo anterior y el nuestro", agregó Wilde.
Si bien la falta de este tipo de medida ha sido un talón de Aquiles en la ciencia de la información cuántica durante más de 20 años, fue, irónicamente, Wilde se convirtió en un "enredo" máximo negativo durante un juego de baloncesto en 2018 que llevó aél y Wang finalmente resolvieron el problema.
"Me rompí el talón de Aquiles mientras buscaba el punto ganador del juego, luego me operaron para repararlo y no pude levantarme de la cama durante un mes y medio", recuerda Wilde. "Entonces, escribíun artículo de investigación sobre el costo del entrelazamiento, y cuando Xin Wang se enteró, me preguntó si estaría interesado en desarrollar más este problema. Luego comenzamos a trabajar juntos, de ida y vuelta, y ese se convirtió en el artículo que ahora hemos publicado en Cartas de revisión física . Nos hicimos buenos amigos y colaboradores después de eso, son notables las sorpresas que pueden ocurrir en la vida ".
Mark M. Wilde es el autor de Quantum Information Theory Cambridge University Press, 2017, segunda edición. El artículo publicado en Cartas de revisión física también está disponible para leer acceso abierto a través de arXiv.org .
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Luisiana . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :