Un equipo de físicos teóricos del Instituto de Física Teórica (IPhT) de París-Saclay ha logrado, por primera vez, determinar de manera completa las estadísticas que pueden generarse a partir de un sistema que utiliza el entrelazamiento cuántico. Este avance representa un hito importante en la evaluación de dispositivos cuánticos, ya que proporciona procedimientos de prueba exhaustivos y precisos.
El estudio, publicado en la revista Nature Physics, destaca el papel del entrelazamiento de objetos cuánticos—como fotones, electrones y circuitos superconductores—en lo que se denomina la segunda revolución cuántica. Este fenómeno, que se manifiesta cuando dos objetos preparados en un estado cuántico conservan la memoria de su origen común, es fundamental en el desarrollo de la comunicación cuántica y la computación cuántica.
La medición de correlaciones cuánticas
Las correlaciones observadas entre dos objetos entrelazados dependen de múltiples factores, incluyendo el grado de entrelazamiento y la dirección elegida para realizar la medición. Para que estas correlaciones sean significativas, es esencial que cada objeto sea medido utilizando un mínimo de dos mediciones distintas, cada una con al menos dos posibles resultados.
En experimentos que revelan la complejidad del entrelazamiento cuántico, se identifican cinco parámetros que pueden afectar las estadísticas de medición: el grado de entrelazamiento y las dos direcciones en las que se realizan las mediciones. La física cuántica permite la existencia de sistemas intrincados con múltiples grados de libertad, lo que lleva a una amplia variedad de correlaciones.
Las correlaciones cuánticas poseen características excepcionales, como la capacidad de superar una prueba de Bell, lo que implica que los resultados de un experimento cuántico son «no locales» y no pueden explicarse mediante modelos de variables ocultas locales. Este fenómeno fue reconocido con el Premio Nobel de Física otorgado en 2022 a Alain Aspect, John F. Clauser y Anton Zeilinger.
Además, los atributos físicos pueden ser estimados directamente a partir de las estadísticas obtenidas al medir un estado cuántico entrelazado. Por ejemplo, las correlaciones observadas pueden certificar la aleatoriedad de los resultados de medición, sin necesidad de suposiciones sobre el comportamiento de los dispositivos cuánticos, considerados como «cajas negras». En última instancia, algunas estadísticas cuánticas permiten identificar completamente el modelo físico que describe los objetos entrelazados.
La investigación ha demostrado que es posible describir de manera exacta y completa las estadísticas obtenidas al medir objetos parcialmente entrelazados. Este enfoque se basa en el entendimiento de los estados maximamente entrelazados y se ha logrado a través de una transformación matemática que ofrece una interpretación física fructífera.
Conocer a fondo las estadísticas cuánticas que se pueden alcanzar mediante el entrelazamiento tiene importantes implicaciones. Por un lado, establece límites dentro de la teoría cuántica, lo que permite entender mejor los resultados experimentales que se pueden esperar bajo las leyes de la física cuántica. Por otro lado, proporciona procedimientos de prueba excepcionalmente eficaces que son aplicables a todo tipo de objetos y mediciones entrelazadas, ampliando así el ámbito de aplicación en protocolos de prueba cuántica, comunicaciones, criptografía y computación.
En este contexto, la seguridad de los dispositivos que utilizan el entrelazamiento cuántico puede mejorarse mediante pruebas basadas en los resultados de observaciones en tiempo real, en lugar de depender de las propiedades físicas de los aparatos, que podrían evolucionar con el tiempo.
