(Phys.org) - El problema del punto de cambio es un concepto en las estadísticas que aparece en una amplia variedad de situaciones del mundo real, desde los mercados de valores hasta el plegamiento de proteínas. La idea es detectar el punto exacto en el que se ha producido un cambio brusco, lo que podría indicar, por ejemplo, el desencadenante de una crisis financiera o un paso de proteína mal plegado.

Ahora, en un nuevo artículo publicado en Cartas de revisión física , físicos Gael Sentís et al . han llevado el problema del punto de cambio al dominio cuántico.

"Nuestro trabajo establece un hito importante en la teoría de la información cuántica al trasladar una herramienta fundamental del análisis estadístico clásico a una configuración completamente cuántica, "Sentis, en la Universidad del País Vasco en Bilbao, España, dicho Phys.org .

"Con un número cada vez mayor de aplicaciones prometedoras de tecnologías cuánticas en todo tipo de procesamiento de datos, construir una caja de herramientas de estadística cuántica capaz de lidiar con problemas prácticos del mundo real, de los cuales la detección de puntos de cambio es un ejemplo destacado, será crucial. En nuestro periódico, demostramos los principios de funcionamiento de la detección de puntos de cambio cuántico y facilitamos las bases para futuras investigaciones sobre los puntos de cambio en escenarios aplicados ".

Aunque los problemas de puntos de cambio pueden tratar situaciones muy complejas, también pueden entenderse con el simple ejemplo de jugar un juego de cara o cruz. Este juego comienza con una moneda justa, pero en algún momento desconocido del juego, la moneda se cambia por una sesgada. Analizando estadísticamente los resultados de cada lanzamiento de moneda desde el principio, es posible determinar el punto más probable en el que se cambió la moneda.

Extendiendo este problema al reino cuántico, los físicos observaron un dispositivo cuántico que emite partículas en cierto estado, pero en algún punto desconocido la fuente comienza a emitir partículas en un estado diferente. Aquí, el problema del punto de cambio cuántico puede entenderse como un problema de discriminación de estado cuántico, ya que determinar cuándo ocurrió el cambio en la fuente es lo mismo que distinguir entre todas las posibles secuencias de estados cuánticos de las partículas emitidas.

Los físicos pueden determinar el punto de cambio en esta situación de dos formas diferentes:midiendo el estado de cada partícula tan pronto como llega al detector (una "medida local"), o esperando hasta que todas las partículas hayan alcanzado el detector y haciendo una medición al final (una "medición global").

Aunque el método de medición local suena atractivo porque potencialmente puede detectar el punto de cambio tan pronto como ocurre sin esperar a que se emitan todas las partículas, los investigadores encontraron que las mediciones globales superan incluso las mejores estrategias de medición locales.

El "problema" es que las mediciones globales son más difíciles de realizar experimentalmente y requieren una memoria cuántica para almacenar los estados cuánticos a medida que llegan al detector uno por uno. Los métodos de medición locales no requieren una memoria cuántica, y en su lugar se puede implementar usando dispositivos mucho más simples en secuencia. Dado que la detección global requiere una memoria cuántica, Los resultados muestran que la detección del punto de cambio es otro de los muchos problemas para los que los métodos cuánticos superan a todos los clásicos.

"Esperábamos que las mediciones globales ayudarían, Dado que las operaciones cuánticas coherentes tienden a explotar recursos auténticamente cuánticos y, en general, superan a las operaciones locales en muchas tareas de procesamiento de información. Sentis dijo. Sin embargo, esta es una ventaja que depende del caso, ya veces, las estrategias locales sofisticadas e inteligentes son suficientes para cubrir la brecha. El hecho de que aquí haya una brecha de rendimiento finita dice algo fundamental sobre la detección de puntos de cambio en escenarios cuánticos ".

Los resultados tienen aplicaciones potenciales en cualquier situación que implique el análisis de datos recopilados a lo largo del tiempo. La detección de puntos de cambio también se utiliza a menudo para dividir una muestra de datos en submuestras que luego se pueden analizar individualmente.

"La capacidad de detectar con precisión los puntos de cambio cuántico tiene un impacto inmediato en cualquier proceso que requiera un control cuidadoso de la información cuántica, Sentis dijo. Se puede considerar un dispositivo de prueba de calidad para cualquier tarea de procesamiento de información que requiera (o produzca) una secuencia de estados cuánticos idénticos. Las aplicaciones pueden variar desde el sondeo de fibras ópticas cuánticas hasta la detección de límites en sistemas de estado sólido ".

En el futuro, los investigadores planean explorar las muchas aplicaciones de la detección de puntos de cambio cuántico.

"Planeamos ampliar nuestros métodos teóricos para hacer frente a escenarios más realistas, "Dijo Sentis." Las posibilidades son innumerables. Algunos ejemplos de generalizaciones que estamos explorando son múltiples puntos de cambio, estados cuánticos ruidosos, y detección de puntos de cambio en configuraciones ópticas ".