A través de medidas seleccionadas al azar, Los físicos austriacos ahora pueden determinar el entrelazamiento cuántico de sistemas de muchas partículas. Con el método recientemente desarrollado, Las simulaciones cuánticas se pueden extender a un mayor número de partículas cuánticas. En Ciencias , físicos de Innsbruck, Austria, informe sobre la primera demostración exitosa de este método.

Los fenómenos cuánticos son experimentalmente difíciles de tratar. El esfuerzo aumenta dramáticamente con el tamaño del sistema. Los científicos pueden controlar pequeños sistemas cuánticos e investigar las propiedades cuánticas. Estas simulaciones cuánticas se consideran aplicaciones tempranas prometedoras de las tecnologías cuánticas que podrían resolver problemas donde fallan las simulaciones en computadoras convencionales. Sin embargo, los sistemas cuánticos utilizados como simuladores cuánticos necesitan un mayor desarrollo. El entrelazamiento de muchas partículas sigue siendo un fenómeno difícil de comprender. "Para operar un simulador cuántico que consta de 10 o más partículas en el laboratorio, debemos caracterizar los estados del sistema con la mayor precisión posible, "explica Christian Roos del Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica de la Academia de Ciencias de Austria.

Hasta aquí, La tomografía de estado cuántico se ha utilizado para la caracterización de estados cuánticos con los que se puede describir completamente el sistema. Este método, sin embargo, implica un esfuerzo de medición y cálculo muy alto y no es adecuado para sistemas con más de media docena de partículas. Hace dos años, los investigadores dirigidos por Christian Roos, junto con colegas de Alemania y Gran Bretaña, presentó un método eficiente para la caracterización de estados cuánticos complejos. Sin embargo, sólo los estados débilmente entrelazados podrían describirse con este método. Este problema ahora ha sido eludido por un nuevo método presentado el año pasado por los teóricos dirigidos por Peter Zoller, que se puede utilizar para caracterizar cualquier estado entrelazado. Junto con los físicos experimentales Rainer Blatt y Christian Roos y su equipo, ahora han demostrado este método en el laboratorio.

Simulaciones cuánticas en sistemas más grandes

"El nuevo método se basa en la medición repetida de transformaciones seleccionadas al azar de partículas individuales. La evaluación estadística de los resultados de la medición proporciona información sobre el grado de entrelazamiento del sistema, "explica Andreas Elben del equipo de Peter Zoller. Los físicos austriacos demostraron el proceso en un simulador cuántico que consta de varios iones dispuestos en una fila en una cámara de vacío. Partiendo de un estado simple, los investigadores dejaron que las partículas individuales interactuaran con la ayuda de pulsos de láser y así generar un entrelazamiento en el sistema.

"Realizamos 500 transformaciones locales en cada ion y repetimos las mediciones un total de 150 veces para luego poder utilizar métodos estadísticos para determinar información sobre el estado de entrelazamiento a partir de los resultados de la medición, "explica el estudiante de doctorado Tiff Brydges del Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica.

En el trabajo ahora publicado en Ciencias , los físicos de Innsbruck caracterizaron el desarrollo dinámico de un sistema que consta de 10 iones, así como un subsistema que consta de diez iones de una cadena de 20 iones. "En el laboratorio, este nuevo método nos ayuda mucho, porque nos permite comprender nuestro simulador cuántico aún mejor, y, por ejemplo, para evaluar la pureza del enredo con mayor precisión, "dice Christian Roos, quien asume que el nuevo método se puede aplicar con éxito a sistemas cuánticos con hasta varias docenas de partículas.