En años recientes, Ha habido avances significativos en el desarrollo de simuladores y computadoras cuánticas digitales. Estos sistemas físicos emergentes están abriendo posibilidades sin precedentes para controlar y medir una variedad de dinámicas cuánticas. Como resultado, Algunas cuestiones fundamentales de la física de muchos cuerpos que antes se habrían considerado especulativas y estaban fuera del ámbito de la exploración experimental, ahora pueden examinarse en entornos de laboratorio.

Investigadores de la Universidad de Stanford han llevado a cabo recientemente un estudio que explora el papel de las mediciones cuánticas en la dinámica de muchos cuerpos. En su papel publicado en Cartas de revisión física , presentaron específicamente un protocolo que puede usarse para realizar dinámicas que incluyen mediciones cuánticas en computadoras cuánticas y simuladores cuánticos, evitando al mismo tiempo un paso de procedimiento conocido como postselección.

"Las mediciones tienen un lugar especial en la física cuántica:hacen que el sistema se 'colapse' abruptamente en uno de varios resultados de medición posibles, elegido al azar, "Matteo Ippoliti y Vedika Khemani, los dos investigadores que realizaron el estudio, dijo Phys.org. "Por ejemplo, Piense en el gato de Schrodinger en una 'superposición' de vivo y muerto en una caja, tan pronto como se abre la caja, el estado del gato se colapsa a vivo o muerto. A diferencia de, Los sistemas cuánticos que se 'dejan solos' evolucionan de una manera determinista, también conocida como dinámica 'unitaria' ".

En los ultimos años, en parte motivado por el progreso reciente en el desarrollo de dispositivos de computación cuántica, muchos investigadores han comenzado a estudiar la interacción entre las mediciones cuánticas y la dinámica unitaria de muchos cuerpos. Curiosamente, predijeron que los estados producidos por estos dispositivos exhibirían un conjunto variado de nuevos fenómenos. Después, estas observaciones se convirtieron en el foco de numerosos estudios teóricos.

"Desde un punto de vista experimental, la aleatoriedad de las mediciones cuánticas plantea un gran problema:para hacer de manera confiable el mismo estado (necesario para medir sus propiedades, o usarlo en aplicaciones), uno debe replicar la misma secuencia aleatoria de resultados de medición una y otra vez, "Ippoliti y Khemani explicaron." Esta es una ocurrencia exponencialmente rara, como lanzar una moneda muchas veces y obtener una secuencia directa de caras, y no es una limitación técnica sino una consecuencia de las reglas básicas de la mecánica cuántica. Este es el problema de la 'postselección' ".

Para medir el entrelazamiento en dinámicas no unitarias, los investigadores tendrían que repetir un experimento muchas veces para satisfacer este requisito de "postselección", que sería prohibitivamente difícil. El objetivo principal del estudio realizado por Ippoliti y Khemani fue idear una estrategia que permitiera la realización experimental de estas dinámicas sin necesidad de post-selección. Propusieron que esto podría lograrse intercambiando los roles del espacio y el tiempo, aprovechando una idea conocida como dualidad espacio-temporal.

"En lenguaje sencillo, imagina tener un conjunto de bits cuánticos (qubits) en tu laboratorio, arreglado en una línea, en las posiciones uno, dos, etc., "Dijeron Ippoliti y Khemani." Estos se pueden hacer para interactuar con sus vecinos y así evolucionar en el tiempo, describiendo una computación cuántica. Ahora imagine un sistema 'virtual' que existe en la dirección del tiempo del laboratorio y evoluciona en la dirección del espacio; pasar del qubit uno al dos en el laboratorio significa evolucionar este sistema virtual por una unidad de tiempo, etc. "

La 'evolución virtual' del sistema examinado por los investigadores resultó ser no unitaria, lo que esencialmente significa que incluye algunos elementos de medición. Estos elementos, sin embargo, son totalmente deterministas y pueden reproducirse de forma fiable y repetida. Esta característica crucial les permitió traducir su idea en un protocolo para realizar y estudiar la dinámica de entrelazamiento en simuladores cuánticos.

"Las ideas detrás de nuestro estudio pueden parecer bastante abstractas, pero los traducimos a un protocolo específico que se puede ejecutar en los simuladores cuánticos digitales actuales, "Dijeron Ippoliti y Khemani." Esto crea una ruta directa para estudiar experimentalmente estos nuevos tipos de dinámica cuántica que involucran mediciones, al mismo tiempo que hace que algunas ideas teóricas interesantes se hagan realidad ".

En el futuro, el protocolo ideado por Ippoliti y Khemani podría abrir nuevas posibilidades para estudiar la dinámica de entrelazamiento en sistemas cuánticos. Además, su trabajo podría informar el desarrollo de nuevas estrategias para proteger la información almacenada en dispositivos cuánticos existentes y desarrollados recientemente. La idea de 'dualidad espacio-temporal' introducida por estos investigadores también podría usarse para estudiar numerosos fenómenos físicos y dinámicas asociadas con los sistemas cuánticos.

"Actualmente estamos explorando los tipos de estados interesantes que se pueden preparar de esta manera, y cómo pueden conectarse con las fases de la materia cuántica que conocemos, "Ippoliti y Khemani agregaron." En una nota más general, Nuestra investigación se basará en esta nueva era de simulación y computación cuántica, con doble objetivo:por un lado, descubrir nuevos fenómenos fundamentales posibilitados por este progreso tecnológico; en el otro, perseguir nuevas ideas fundamentales que puedan tener un impacto en las tecnologías mismas, particularmente nuevas formas de almacenar y manipular información cuántica informada por la dinámica ".

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