La entrelazamiento cuántico, un fenómeno que permite la conexión entre partículas y genera correlaciones más allá de lo que es posible en la física clásica, se perfila como el pilar de las futuras tecnologías cuánticas. Esto incluye áreas tan relevantes como la comunicación segura, la computación cuántica en la nube y la detección distribuida. Sin embargo, el entrelazamiento es un fenómeno frágil; el ruido proveniente del entorno degrada los estados entrelazados con el tiempo, lo que ha llevado a los científicos a buscar métodos para mejorar la fidelidad de estos estados ruidosos.
Investigadores de la Universidad de Chicago Pritzker School of Molecular Engineering, de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign y de Microsoft han demostrado que es fundamentalmente imposible diseñar un único protocolo universal para contrarrestar ese ruido. Según el profesor asistente Tian Zhong, autor principal de un estudio publicado en la revista Physical Review Letters, este hallazgo subraya la importancia de adaptar las soluciones de minimización de ruido a sistemas cuánticos específicos.
La búsqueda de soluciones personalizadas
Con el fin de contrarrestar la degradación de los estados entrelazados debido al ruido, los científicos suelen emplear protocolos de purificación de entrelazamiento (EPP, por sus siglas en inglés). Estos protocolos combinan múltiples pares de entrelazamiento imperfectos para intentar extraer menos pares con un menor ruido. Sin embargo, el equipo de investigación reconoció que ciertos sistemas son difíciles de limpiar del ruido, principalmente porque los estados de entrada de los EPP rara vez son idénticos en la práctica. Los estados de entrelazamiento varían según cómo, cuándo y dónde se crean, almacenan y procesan.
Los estudiantes de posgrado Allen Zang y Xinan Chen, coautores del estudio, se preguntaron si existía algún protocolo que pudiera garantizar siempre mejoras en la fidelidad de los estados entrelazados, una propiedad que denominaron «universalidad». Al investigar una serie de EPP ampliamente utilizados, aplicaron los protocolos a operaciones cuánticas conocidas. Sin embargo, la idea de «universabilidad» fracasó. Tras una sorpresa inicial, ampliaron su análisis a todos los métodos de purificación matemáticamente posibles permitidos por las reglas de la mecánica cuántica. Sin embargo, el resultado se mantuvo: no existe un EPP universal que garantice mejorar la fidelidad de los estados entrelazados en todos los sistemas cuánticos posibles.
Los investigadores subrayan que esto no significa que los protocolos de purificación no funcionen, sino que no existe un único método que funcione en todos los casos. Este trabajo tiene implicaciones reales para el diseño de redes de comunicación cuántica, donde los estados entrelazados deben generarse, almacenarse y transmitirse a largas distancias. Aplicar un protocolo de purificación de manera ciega, sin conocer el estado exacto del sistema, puede ser contraproducente.
Así, los autores sugieren que, en lugar de buscar una solución universal, los investigadores deberían centrarse en adaptar las estrategias de gestión de errores a los sistemas específicos y a los modelos de error que están estudiando. Esta investigación no solo ahorra tiempo, sino que también incentiva a la comunidad científica a profundizar en las características únicas de los sistemas cuánticos concretos.
El equipo ahora explora cómo este tipo de límites teóricos podría aplicarse a otros recursos cuánticos. También investigan si podrían desarrollarse métodos de purificación personalizados para sistemas con errores bien entendidos, o si podría existir un método casi universal bajo restricciones más estrictas.
