Investigan nuevas formas de comunicaciones cuánticas

En la física clásica la diferenciación de los objetos que estudiamos se da de forma natural; el objeto A siempre será A, mientras que un objeto B así también lo será. Caso muy diferente es en la física cuántica, en la que el estado de los objetos estudiados varía según la medición y la circunstancia del experimento.

Sin embargo, el trabajo de físicos en el área de la óptica permite pensar que esto no tiene por qué ser siempre así, y que existen maneras de diferenciar los mencionados estados.  Esto es lo que plantea el artículo “Experimental optimal discrimination of N states of a qubit with fixed rates of inconclusive outcomes”, publicado en noviembre de 2023 por la revista Physical Review Research, de la American Physical Society (APS), y cuyos resultados demoraron cerca de dos años.

El estudio, desarrollado a nivel teórico por los investigadores Omar Jiménez (Universidad Mayor), Miguel Ángel Solis (UFRO) y el profesor Aldo Delgado, director del Instituto Milenio de Investigación en Óptica (MIRO), plantea la creación de llamados esquemas de discriminación de estados cuánticos, aplicables en laboratorios de información y comunicaciones cuánticas.  

Según explica el Dr. Aldo Delgado, académico de la Universidad de Concepción “se han desarrollado esquemas que permiten discriminar los estados en el laboratorio. El último de ellos en ser propuesto fue el del llamado [“frío”], por su [acrónimo] en inglés, que significa ‘discriminación de estados con una tasa [inconclusiva] fija’. Eso quiere decir que estamos tratando de identificar estos estados con una tasa de error que nosotros predeterminamos”, detalla.  

Si bien la propuesta teórica nació en Chile, cabe destacar que el trabajo experimental fue desarrollado en Brasil, específicamente en la Universidad Federal de Minas Gerais (MG), por los investigadores Dr. Leonardo Neves, y el estudiante de doctorado Lucas Melo.

Estados cuánticos

“Este protocolo no había sido explorado experimentalmente, hasta hace un par de años, cuando realizamos la primera implementación experimental en Concepción. En ese artículo se abordó estados cuánticos de dos dimensiones, que son más pequeños. Pero, en este nuevo artículo experimental, que se realizó en los laboratorios de la Universidad de MG, abordamos estados cuánticos de dimensión D, arbitraria, dimensiones muy grandes”, explica el profesor Delgado, y añade que lograron «implementar un experimento que lleva a cabo este esquema de discriminación, de forma tal que el nivel de error del experimento es pequeño y está de acuerdo con las proyecciones teóricas”.

Ahora, ¿qué aplicaciones considera el discriminar estos estados? Permite controlar el entrelazamiento en esquemas de comunicaciones cuánticas, un elemento clave para fortalecer esta herramienta.

“Hoy en día hay propuestas de comunicaciones cuánticas, en redes de fibra óptica, empleando estados entrelazados. El problema está en que ese entrelazamiento, a medida que los estados se propagan en la fibra, se degrada o incluso se puede perder. Entonces, la idea está en que, cuando el entrelazamiento baje de cierto umbral, en el que corremos el riesgo de perderlo, tratemos de amplificarlo. Ahí es donde estos protocolos de discriminación de estados son aplicados”, asegura el director del MIRO.  

El artículo publicado es uno de una serie de artículos en esta línea, y que ahora buscarán profundizar en nuevos estudios con aplicaciones al manejo de las comunicaciones cuánticas.