El ruido limita el rendimiento de las tecnologías cuánticas modernas. Sin embargo, las partículas que viajan en una superposición de caminos pueden evitar el ruido en la comunicación. Una colaboración entre las universidades de Hong-Kong, Grenoble y Viena, así como la Academia de Ciencias de Austria, bajo la dirección de Philip Walther, revela técnicas novedosas para reducir el ruido en la comunicación cuántica. Los resultados, publicado en el último número de Investigación de revisión física , demuestran que las partículas cuánticas que viajan en una superposición de caminos permiten la reducción del ruido en las comunicaciones.

Entre los campos de investigación más activos de la física moderna, tanto a nivel académico como más allá, son la computación cuántica y la comunicación, que aplican fenómenos cuánticos como la superposición y el entrelazamiento para realizar cálculos, o para intercambiar información. Varios grupos de investigación de todo el mundo han construido dispositivos cuánticos que pueden realizar cálculos más rápido que cualquier computadora clásica. Todavía, Todavía queda un largo camino por recorrer antes de que estos dispositivos se puedan convertir en computadoras cuánticas comercializables. Una razón de esto es que tanto la computación cuántica como la comunicación cuántica están fuertemente deterioradas por la facilidad con la que se puede destruir un estado de superposición cuántica. o se puede perder el entrelazamiento entre dos o más partículas cuánticas.

El enfoque principal para superar estas limitaciones es la aplicación de los llamados códigos de corrección de errores cuánticos. Esta, sin embargo, requiere una cantidad de recursos superior a la que actualmente se puede conseguir de forma controlada. Tiempo, a la larga, Es probable que la corrección de errores se convierta en una parte integral de los dispositivos cuánticos futuros, un enfoque complementario es mitigar el ruido, es decir, el efecto acumulativo de errores no corregidos, sin depender de tantos recursos adicionales. Estos se conocen como esquemas de reducción de ruido.

Mitigación de ruido sin recursos adicionales mediante esquemas cuánticos simples

Recientemente se propuso un nuevo enfoque a lo largo de esta línea de investigación para reducir el ruido en un esquema de comunicación entre dos partes. Imagine dos partes que quieren comunicarse intercambiando una partícula cuántica, sin embargo, la partícula debe enviarse a través de algunas líneas de transmisión defectuosas (representadas en la ilustración artística).

Recientemente, Un equipo de investigadores de la Universidad de Hong Kong propuso que se podría lograr una reducción general del ruido dirigiendo la partícula a lo largo de una superposición cuántica de trayectorias a través de regiones de ruido en orden opuesto. En particular, mientras que clásicamente una partícula solo puede viajar a lo largo de un camino, en mecánica cuántica, puede moverse a lo largo de múltiples caminos a la vez. Si uno usa esta propiedad para enviar la partícula a lo largo de dos caminos cuánticos, uno puede, por ejemplo, llevar la partícula a través de las regiones ruidosas en orden opuesto simultáneamente. Este efecto había sido demostrado experimentalmente por dos investigaciones de investigación independientes.

Estos resultados sugirieron que, para lograr esta reducción de ruido, es necesario colocar las líneas de transmisión ruidosas en una superposición cuántica de órdenes opuestos. Poco después de esto, grupos de investigación en Viena y en Grenoble se dieron cuenta de que este efecto también se puede lograr mediante configuraciones más simples, que incluso puede eliminar por completo el ruido entre las dos partes.

Todos estos esquemas ahora se han implementado experimentalmente y se han comparado entre sí por un equipo de investigación dirigido por Philip Walther en la Universidad de Viena. En este trabajo, Se comparan diferentes formas de pasar a través de dos regiones ruidosas en superposición cuántica para una variedad de tipos de ruido. Los resultados experimentales también están respaldados por simulaciones numéricas para extender el estudio a tipos de ruido más genéricos. Asombrosamente, Se encuentra que los esquemas más simples para la superposición cuántica de canales ruidosos también ofrecen la mejor reducción del ruido que afecta la comunicación.

"La corrección de errores en las tecnologías cuánticas modernas se encuentra entre las necesidades más urgentes de los esquemas de comunicación y computación cuántica actuales. Nuestro trabajo muestra que, al menos en el caso de la comunicación cuántica, ya con las tecnologías actualmente en uso, puede ser posible mitigar este problema sin necesidad de recursos adicionales, "dice Giulia Rubino, primer autor de la publicación en Investigación de revisión física . La facilidad de la técnica demostrada permite su uso inmediato en las comunicaciones actuales de larga distancia, y promete posibles aplicaciones adicionales en computación cuántica y termodinámica cuántica.