Los investigadores del ejército descubrieron una forma de mejorar aún más los sistemas cuánticos para proporcionar a los soldados capacidades más confiables y seguras en el campo de batalla.

Específicamente, esta investigación informa cómo se diseñarán las futuras redes cuánticas para hacer frente a los efectos del ruido y la decoherencia, o la pérdida de información de un sistema cuántico en el medio ambiente.

Como una de las áreas de investigación prioritarias del Ejército de los EE. UU. En su Estrategia de Modernización, La investigación cuántica ayudará a transformar el servicio en una fuerza multidominio para 2035 y cumplirá con su responsabilidad duradera como parte de la fuerza conjunta que proporciona la defensa de los Estados Unidos.

"Redes cuánticas, y la ciencia de la información cuántica en su conjunto, potencialmente conducirá a capacidades insuperables en computación, comunicación y detección, "dijo el Dr. Brian Kirby, investigador del Laboratorio de Investigación del Ejército del Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate del Ejército de EE. UU. "Ejemplos de aplicaciones de interés del Ejército incluyen el intercambio seguro de secretos, detección de redes distribuidas y toma de decisiones eficiente ".

Este esfuerzo de investigación considera cómo la dispersión, un efecto muy común que se encuentra en los sistemas ópticos, impacta estados cuánticos de tres o más partículas de luz.

La dispersión es un efecto en el que un pulso de luz se propaga en el tiempo a medida que se transmite a través de un medio, como una fibra óptica. Este efecto puede destruir las correlaciones de tiempo en los sistemas de comunicación, lo que puede resultar en velocidades de datos reducidas o la introducción de errores.

Para entender esto Kirby dijo, considere la situación en la que se crean dos pulsos de luz simultáneamente y el objetivo es enviarlos a dos detectores diferentes para que lleguen al mismo tiempo. Si cada pulso de luz pasa por un medio dispersivo diferente, como dos trayectos de fibra óptica diferentes, entonces cada pulso se extenderá en el tiempo, en última instancia, haciendo que el tiempo de llegada de los pulsos esté menos correlacionado.

"Asombrosamente, se demostró que la situación es diferente en la mecánica cuántica, Kirby dijo. En mecánica cuántica, es posible describir el comportamiento de partículas individuales de luz, llamados fotones. Aquí, lo demostró el profesor James Franson, miembro del equipo de investigación de la Universidad de Maryland, Condado de Baltimore, que la mecánica cuántica permite ciertas situaciones en las que la dispersión de cada fotón puede anularse de modo que los tiempos de llegada permanezcan correlacionados ".

La clave de esto es algo llamado entrelazamiento, una fuerte correlación entre los sistemas cuánticos, que no es posible en la física clásica, Dijo Kirby.

En este nuevo trabajo, "Cancelación de dispersión no local para tres o más fotones, "publicado en la revisión por pares Revisión física A, los investigadores extienden el análisis a sistemas de tres o más fotones entrelazados e identifican en qué escenarios los sistemas cuánticos superan a los clásicos. Esto es único en una investigación similar, ya que considera los efectos del ruido en sistemas entrelazados más allá de dos qubits, que es donde ha estado el enfoque principal.

"Esto informa cómo se diseñarán las futuras redes cuánticas para hacer frente a los efectos del ruido y la decoherencia, en este caso, dispersión específicamente, "Dijo Kirby.

Adicionalmente, basado en el éxito del trabajo inicial de Franson en sistemas de dos fotones, Era razonable suponer que la dispersión en una parte de un sistema cuántico siempre podía anularse con la aplicación adecuada de la dispersión en otra parte del sistema.

"Nuestro trabajo aclara que la compensación perfecta no es, en general, posible cuando se pasa a sistemas entrelazados de tres o más fotones, "Kirby dijo." Por lo tanto, la mitigación de la dispersión en las futuras redes cuánticas puede tener lugar en cada canal de comunicación de forma independiente ".

Más lejos, Kirby dijo, este trabajo es valioso para las comunicaciones cuánticas porque permite mayores velocidades de datos.

"Se requiere una sincronización precisa para correlacionar los eventos de detección en diferentes nodos de una red, "Dijo Kirby." Convencionalmente, la reducción en las correlaciones de tiempo entre sistemas cuánticos debido a la dispersión necesitaría el uso de ventanas de tiempo más grandes entre transmisiones para evitar señales secuenciales confusas ".

Dado que el nuevo trabajo de Kirby y sus colegas describe cómo limitar la incertidumbre en los tiempos de detección conjunta de redes, permitirá transmisiones posteriores en una sucesión más rápida.

El siguiente paso de esta investigación es determinar si estos resultados se pueden verificar fácilmente en un entorno experimental.