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Conectan los mundos cuántico y clásico para obtener información sobre objetos sin interactuar con ellos
Las mediciones sin interacción han encontrado aplicaciones en procesos especializados como imágenes ópticas, detección de ruido y distribución de claves criptográficas.
Científicos de la Universidad Aalto, Finlandia, han descubierto un método mucho más efectivo de llevar a cabo experimentos sin interacción basándose en la coherencia cuántica. El nuevo protocolo une los mundos cuántico y clásico y podría mejorar las mediciones en computadoras cuánticas, obtener información sobre objetos físicos sin interactuar con ellos y desarrollar otras aplicaciones, comunicaron recientemente.
Utilizando dispositivos transmon (una abreviatura en inglés del término cúbit de oscilación de plasma derivado de la línea de transmisión), que son grandes circuitos superconductores con un comportamiento cuántico, detectaron la presencia de pulsos de microondas generados por instrumentos clásicos.
El protocolo experimental
"Tuvimos que adaptar el concepto a las diferentes herramientas experimentales disponibles para dispositivos superconductores. Por eso, también tuvimos que cambiar el protocolo estándar libre de interacción de una manera crucial: agregamos otra capa de 'cuántica' mediante el uso de un nivel de energía más alto en el transmon. Luego, usamos la coherencia cuántica del sistema de tres niveles resultante como recurso", explicó Gheorghe Sorin Paraoanu, uno de los autores principales del estudio.
La coherencia cuántica se refiere a la posibilidad de que un objeto pueda ocupar dos estados diferentes al mismo tiempo. Este estado es delicado y colapsa fácilmente, por lo que no era obvio para el equipo que el nuevo protocolo funcionara. Las primeras ejecuciones del experimento mostraron un marcado aumento en la eficiencia de detección. Tras verificarlo dos veces confirmaron positivamente el efecto.
"También demostramos que incluso los pulsos de microondas de muy baja potencia se pueden detectar de manera eficiente utilizando nuestro protocolo", comentó Shruti Dogra, coautor del estudio. Este experimento demostró, además, una ventaja cuántica genuina utilizando una configuración relativamente más simple.
Sus potenciales aplicaciones
Los investigadores indicaron que las mediciones sin interacción, basadas en la metodología anterior que es menos efectiva, han encontrado aplicaciones en procesos especializados como imágenes ópticas, detección de ruido y distribución de claves criptográficas. Consideran que el método nuevo podría aumentar drásticamente la eficiencia de estos procesos.
"En computación cuántica, nuestro método podría aplicarse para diagnosticar estados de fotones de microondas en ciertos elementos de memoria. Esto puede considerarse una forma muy eficiente de extraer información sin alterar el funcionamiento del procesador cuántico", puntualizó Paraoanu.
El grupo también está explorando otras aplicaciones, como la comunicación contrafactual (comunicación entre dos partes sin que se transfiera ninguna partícula física) y la computación cuántica contrafactual (donde el resultado de un cálculo se obtiene sin ejecutar la computadora). Su investigación fue publicada, recientemente, en Nature Communications.
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