Un equipo de investigación liderado por el profesor Lin Yiheng de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC), en colaboración con el profesor Yuan Haidong de la Universidad China de Hong Kong, ha logrado generar estados de entrelazamiento cuántico multipartito a través de dos, tres y cinco modos, utilizando la disipación controlada como recurso. Este avance ha sido publicado en la revista Science Advances.
El entrelazamiento multimodal es un recurso clave en la computación cuántica, la comunicación, la simulación y la detección. Uno de los principales desafíos para lograr un entrelazamiento multimodal estable y escalable radica en la susceptibilidad inherente de los sistemas cuánticos al ruido ambiental, un fenómeno conocido como disipación. Para mitigar los efectos de la disipación, los métodos de preparación convencionales a menudo requieren aislar el sistema de su entorno.
Innovaciones en Ingeniería de Disipación
Investigaciones teóricas y experimentales recientes han revelado una perspectiva innovadora: cuando se ingeniera adecuadamente, la disipación puede transformarse en un recurso para generar estados cuánticos específicos, un enfoque conocido como ingeniería de disipación. Sin embargo, los experimentos previos relacionados se habían limitado a sistemas cuánticos de un solo modo y de dos modos, dejando importantes desafíos en la realización experimental de estados entrelazados en sistemas bosónicos multimodales.
En este estudio, mediante un control preciso por láser de una cadena de iones atrapados, los investigadores lograron ingenierizar el acoplamiento entre espines disipativos y modos vibracionales, lo que permitió un control programable sobre procesos de disipación específicos. Este enfoque convirtió el estado cuántico objetivo altamente entrelazado en el único estado estable del sistema, mientras que otros estados evolucionaban espontáneamente hacia él, exhibiendo una característica de «estabilización autónoma». Esto mejora significativamente la practicidad y aplicabilidad de la técnica.
Finalmente, el equipo de investigación preparó estados entrelazados comprimidos de dos, tres y cinco modos a partir de estados térmicos iniciales, alcanzando una fidelidad que supera el 84%. Los estados generados fueron caracterizados de manera exhaustiva. El entrelazamiento multipartito genuino fue verificado mediante la medición de correlaciones cuánticas entre modos y la aplicación de los criterios de inseparabilidad de van Loock-Furusawa.
Al aprovechar el control preciso sobre el acoplamiento entre múltiples modos de movimiento y el estado interno de los iones, el sistema podría ampliarse para acomodar un mayor número de iones y modos de movimiento. Este estudio ha demostrado el potencial único del sistema de iones atrapados para el procesamiento de información cuántica en sistemas de variables continuas. El enfoque de ingeniería de disipación exhibe una fuerte universalidad y tiene potencial para ser aplicado en diversas plataformas físicas, como cavidades superconductoras, conjuntos atómicos y nanomecánica.
A medida que la tecnología cuántica avanza hacia una madurez ingenieril e integración sistemática, los métodos de generación de entrelazamiento basados en la disipación proporcionarán un sólido apoyo para construir sistemas estables de procesamiento de información cuántica, desempeñando un papel crítico en la computación cuántica y la estimación de múltiples parámetros.
Más información:
Yue Li et al, Programmable multi-mode entanglement via dissipative engineering in vibrating trapped ions, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adv7838
Proporcionado por
Universidad de Ciencia y Tecnología de China
