La operación de las tecnologías cuánticas depende de la realización y control fiable de los estados cuánticos, en particular del entrelazamiento. Este fenómeno, que implica una conexión entre partículas, permite que medir una de ellas determine el resultado de medir la otra, independientemente de la distancia que las separe, desafiando así cualquier explicación intuitiva.
Uno de los principales retos en el desarrollo de tecnologías cuánticas fiables es la alta susceptibilidad del entrelazamiento al ruido, es decir, a las interacciones aleatorias con el entorno. Dichas interacciones pueden afectar negativamente el estado cuántico deseado, disminuyendo así el rendimiento de las tecnologías cuánticas.
Avances en la recuperación del entrelazamiento cuántico
Investigadores de la Universidad de Shandong en China y de la Universidad Nacional Cheng Kung en Taiwán han dado un paso importante al implementar un método para recuperar correlaciones cuánticas ocultas de estados entrelazados de dimensiones superiores. Este enfoque, descrito en un artículo publicado en Physical Review Letters, implica el uso de operaciones de filtrado local de copia única (ScLF, por sus siglas en inglés).
He Lu, coautor del estudio, destacó que «la preparación y manipulación del entrelazamiento cuántico siempre son imperfectas, comprometiendo su rendimiento en tareas de procesamiento de información cuántica». A pesar de que los protocolos de destilación convencionales prometen devolver al menos una copia de entrelazamiento máximo a partir de estados ruidosos de múltiples copias, no son prácticos para sistemas fotónicos, ya que las fuertes interacciones entre fotones requeridas para la manipulación colectiva siguen siendo un desafío.
A lo largo de las últimas décadas, los físicos han desarrollado varios protocolos para la destilación del entrelazamiento, pero la mayoría de ellos son difíciles de implementar en sistemas cuánticos compuestos por fotones. Por tanto, el desarrollo de enfoques de destilación más accesibles para los sistemas fotónicos podría ser altamente ventajoso, tanto para la investigación en física cuántica como para la mejora de las tecnologías cuánticas.
El objetivo inicial del reciente estudio fue utilizar ScLF para observar características cuánticas que inicialmente estaban ausentes en una clase de estados cuánticos mixtos conocidos como estados de Werner, en particular la no-localidad, que es la característica que subyace a las correlaciones entre el comportamiento de partículas entrelazadas.
Los investigadores realizaron una serie de experimentos utilizando un sistema fotónico de dos qutrits, donde cada unidad cuántica puede existir en una superposición de tres estados. Prepararon específicamente estados de Werner tridimensionales, que se codificaron en los grados de libertad de pares de fotones.
Para lograr esto, primero prepararon un estado de Werner de dos qubits codificado en la polarización de los fotones y utilizaron una serie de desplazadores de haz y placas de onda para transformar la información cuántica a los grados de libertad de trayectoria. La operación ScLF es relativamente simple, ya que solo requiere bloquear uno de los tres caminos.
Los análisis teóricos confirmaron que la técnica era efectiva en la destilación de correlaciones cuánticas en sus experimentos, demostrando que, a pesar de las imperfecciones, la ScLF transformó los estados preparados de la manera anticipada, permitiendo observar características cuánticas que antes estaban ocultas.
Este trabajo podría reducir significativamente la complejidad experimental necesaria para destilar características cuánticas útiles de interacciones ruidosas, y sugiere que el enfoque de destilación es escalable, además de aplicable a sistemas cuánticos de dimensiones superiores.
Los investigadores, que han realizado un importante avance en la validación experimental de la no-localidad de los estados de Werner de dimensiones superiores, esperan que su enfoque pronto se pueda utilizar para destilar la cuanticidad en otros sistemas cuánticos de dimensiones superiores, validando aún más su potencial. En futuros estudios, Lu y su equipo planean implementar este nuevo protocolo de destilación en estados cuánticos con más dimensiones, lo que podría abrir nuevas vías en la investigación cuántica.
