El gato de Schrödinger es un experimento mental diseñado para explicar la superposición cuántica y la medición cuántica, que son las características centrales de la física cuántica. En este experimento, el gato dentro de la caja puede estar vivo y muerto al mismo tiempo (superposición cuántica), y su estado (vivo o muerto) se decide en el momento en que se abre la caja (se mide). Dicha superposición y medición cuánticas no solo son la base de la física cuántica, sino que también garantizan la seguridad de la computación cuántica y la criptografía.

El equipo de investigación, integrado por los Dres. Seongjin Hong, Hyang-Tag Lim y Seung-Woo Lee del Centro de Información Cuántica del Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea (KIST, presidente Seok Jin Yoon), derivaron y verificaron la relación de preservación de la información por primera vez en la medición cuántica. . Esto fortalece la seguridad de las tecnologías de la información cuántica incluso en el ámbito débil de la medición cuántica.

Abrir la caja (medida cuántica) acomodando al gato para obtener información sobre si está vivo o muerto cambia la condición inicial de que el gato está vivo y muerto al mismo tiempo (superposición cuántica) a estar vivo o muerto. En otras palabras, el gato está muerto desde el momento en que obtenemos la información de su "estar muerto", o está vivo en el momento en que obtenemos la información de su "estar vivo". Debido a la irreversibilidad de las medidas cuánticas, el estado del gato no se puede revertir.

Sin embargo, ¿qué hubiera pasado si la medición no se hubiera hecho por completo, es decir, si la caja se hubiera abierto un poco solo para revelar la cola del gato? Este evento se llama medición débil en mecánica cuántica. En este caso, no se puede obtener información completa sobre el estado del gato, y el estado del gato se puede revertir a su estado inicial utilizando la inversión de la medición. Por lo tanto, establecer una relación de preservación de la información cuántica considerando la cantidad de información obtenida, perturbada y reversible ha sido un desafío en la física cuántica y también una tarea importante para garantizar la seguridad de la tecnología cuántica.

El equipo de investigación derivó teóricamente una relación de conservación de la información considerando la probabilidad de inversión junto con las relaciones existentes de ganancia de información y perturbación del estado. Esta relación de preservación de la información se verificó experimentalmente utilizando elementos ópticos lineales como placas de ondas y polarizadores para implementar medidas débiles y "operaciones de inversión" y aplicándolos a un estado cuántico tridimensional realizado por un solo fotón. Esta relación de preservación de la información revela que obtener más información sobre un estado cuántico al aumentar la intensidad de la medición perturba más el estado cuántico. Al mismo tiempo, también se muestra que la probabilidad de revertir el estado perturbado a su estado inicial antes de la medición débil se vuelve menor. Tenga en cuenta que si fuera posible revertir un estado cuántico perturbado a su estado inicial, es posible que no se garantice la seguridad de la criptografía cuántica.

Dres. Hong y Lim, quienes dirigieron el experimento de este estudio, y el Dr. Lee, quien lideró la teoría, dicen que "este es el resultado de establecer perfectamente que la tecnología cuántica es segura en principio al probar que la cantidad total de información de un el estado no se puede aumentar ni siquiera a través de la medición. Esperamos que esto se aplique como una tecnología de optimización para la computación cuántica, la criptografía cuántica y la teletransportación cuántica".

La investigación fue publicada en Physical Review Letters . + Explora más

El estudio redefine qué información es importante en las mediciones cuánticas