Investigadores que trabajan en Singapur y Estados Unidos han descubierto que todos los estados entrelazados de dos partículas tienen una "huella dactilar" clásica. Este avance podría ayudar a los ingenieros a protegerse contra errores y dispositivos que no hacen lo que prometen en computación cuántica y criptografía cuántica.

Goh Koon Tong y Valerio Scarani en el Centro de Tecnologías Cuánticas de la Universidad Nacional de Singapur, con Andrea Coladangelo en el Instituto de Tecnología de California, reportado en Comunicaciones de la naturaleza el 26 de mayo, que un simple conjunto de mediciones puede actuar como verificación de identidad para cualquier estado entrelazado de dos partículas. La presencia de esta huella dactilar podría ayudar a certificar computadoras cuánticas o dispositivos de cifrado cuántico comprados a terceros.

Un estado cuántico entrelazado está formado por dos o más partículas contenidas en una multitud de resultados indecisos. Tales estados son el combustible para la computación cuántica y brindan seguridad a la comunicación cuántica. El problema es, es difícil comprobar que estos estados tienen las propiedades que se esperan de ellos. Eso deja la puerta abierta para dispositivos que funcionen mal.

"Me gusta ver nuestro trabajo como llevar el poder de probar dispositivos cuánticos a los consumidores que los usan. Actualmente, solo aquellos que construyen los dispositivos o entienden el aspecto de ingeniería de ellos pueden realizar la prueba, ", dice Goh. Los físicos cuánticos también podrían utilizar esta herramienta de 'autocomprobación' como paso de verificación en experimentos de laboratorio.

El trabajo se basa en los resultados de otros grupos, extendiendo los hallazgos de los qubits a los qudits más exóticos. Los Qudits son bits cuánticos de dimensiones superiores. En lugar de simplemente almacenar un bit binario de información, un 0 o 1, un qudit tiene una mayor densidad de información, almacenando un 0, 1, 2, 3, 4, etc. Tales estados, aunque difícil de hacer son interesantes porque podrían acelerar algunas tareas informáticas o de comunicación.

La idea de la autocomprobación es significativa porque generalmente es difícil obtener mucha información sobre el estado cuántico de una partícula. El estado de una partícula se describe mediante una 'función de onda' que codifica las probabilidades de las diversas propiedades de la partícula, como la polarización o el impulso. Para estar seguro de un estado cuántico, necesita conocer la función de onda completa. Sin embargo, aquí hay un problema. La medición del estado cuántico revela solo un valor, no el conjunto completo de posibilidades.

La forma tradicional de intentar aprender el estado cuántico completo implica una técnica llamada tomografía. Esto requiere medir muchas copias del estado cuántico de diferentes formas, contar todos los resultados de las diversas mediciones para obtener un conjunto completo de probabilidades. También implica un laborioso proceso de caracterizar los dispositivos de medición y alinearlos con la fuente de las partículas cuánticas.

La autocomprobación es más eficiente, requiriendo menos medidas. También es 'independiente del dispositivo', o como tomografía ciega, sin necesidad de caracterización del dispositivo de medición, siempre que se garantice que el dispositivo detectará la mayoría de las partículas. Esto se debe a que la huella digital es un patrón de resultados a través de las mediciones de las dos partículas que solo podrían crearse consistentemente por las extrañas correlaciones en el estado cuántico. no por ningún proceso clásico o por casualidad. Ver este patrón entonces significa que el estado cuántico debe estar presente.

El famoso 'experimento CHSH' en física cuántica es un ejemplo de huellas dactilares para un estado cuántico de dos qubits. Para demostrar que existen pruebas de huellas dactilares para todos los estados de dos qudit, los autores demostraron que estos estados pueden considerarse compuestos por bloques de sistemas de dos niveles, similar a los qubits. Aun mejor, esta equivalencia matemática apunta a qué medidas se necesitan, aunque aún no está claro si son fáciles de hacer experimentalmente.

El equipo espera que este descubrimiento motive una nueva ola de investigación para encontrar formas sencillas de incorporar esta verificación en experimentos o dispositivos. Hasta aquí, las señales son buenas. "De todo mi trabajo en los últimos cinco años, esto ha atraído la mayor atención, "dice Scarani. Además de escuchar a colegas interesados ​​en el resultado, ha sido invitado a dar una charla sobre autoevaluación en QCrypt, una conferencia anual sobre criptografía cuántica que se celebrará este año en el Reino Unido en septiembre.