El estudio, publicado en Physical Review Letters , describe un mapa de transmisión virtual que crea copias correlacionadas "virtualmente". A través de una serie de cuatro teoremas, los investigadores establecen la viabilidad de este mapa, que permite la creación de copias correlacionadas de estados cuánticos a lo largo del tiempo.

Además, los investigadores demuestran la solidez del marco canónico, prueban su aproximación física al clonador universal y detallan cómo se puede implementar el mapa.

La radiodifusión cuántica virtual promete impactar muchos campos del procesamiento de información cuántica al aprovechar las correlaciones basadas en el tiempo, evitando así las limitaciones impuestas por el teorema de no clonación.

¿Por qué no podemos copiar y pegar?

La mecánica cuántica, aunque increíblemente poderosa, está diseñada de tal manera que evita que la información sea replicada o copiada. Un estado cuántico encapsula toda la información relevante en el sistema y colapsa o cambia a uno de los posibles resultados de la medición cuando se mide u observa.

Significa que no podemos copiar el estado ya que es necesario medirlo para poder hacerlo. Este principio se conoce como teorema de no clonación. En términos más simples, no puedes simplemente copiar y pegar información cuántica como lo harías con los datos clásicos.

Esta limitación plantea un obstáculo importante para los sistemas de comunicación cuántica que dependen de la capacidad de transmitir y reproducir información cuántica de manera eficiente.

El equipo de investigación estuvo formado por el Prof. Arthur Parzygnat del MIT, el Prof. James Fullwood de la Universidad de Hainan, el Prof. Francesco Buscemi de la Universidad de Nagoya y el Prof. Giulio Chiribella de la Universidad de Hong Kong, quienes explicaron su motivación a Phys.org. /P>

Fueron motivados por este problema presentado por el teorema de no clonación. Su objetivo era estudiar la evolución de los estados cuánticos a lo largo del tiempo y comprender lo que significaba "correlación no implica causalidad" para los estados puramente cuánticos.

Transmisión cuántica virtual

"Nuestra solución fue introducir canales virtuales de transmisión cuántica que, aunque no son procesos físicos genuinos, tienen muchas aplicaciones importantes en el procesamiento de información cuántica", explicó el profesor Parzygnat.

A diferencia de los métodos de copia tradicionales, que están prohibidos por el teorema de la no clonación, estos mapas o canales de transmisión virtuales funcionan virtualmente, lo que significa que no implican una replicación física directa.

En cambio, el mapa establece correlaciones entre diferentes instancias de un estado cuántico, lo que permite efectivamente la transmisión de información sin violar los principios fundamentales de la mecánica cuántica.

El mapa de transmisión virtual es único y satisface tres axiomas simples, que los investigadores exponen en el teorema 1. Los axiomas que rigen el mapa de transmisión virtual garantizan la coherencia ante cambios en:

• El marco de referencia.
• Simetría entre los extremos receptores.
• La capacidad de copiar información clásica sin verse afectada por la decoherencia.

Estos son los requisitos básicos de un mapa de transmisión virtual.

Los investigadores demuestran además (en el teorema 2) que se podría crear una aproximación física de dicho mapa utilizando un clonador universal, un dispositivo que puede hacer las copias más fieles posibles de un estado cuántico arbitrario.

A continuación, los investigadores muestran cómo se puede lograr el mapa de transmisión mediante descomposición (teorema 3). Establece que el mapa se puede descomponer en dos operaciones:

• Un protocolo de medir y preparar implica realizar una medición virtual en el sistema cuántico para crear un protocolo virtual que realice una medición virtual en el sistema cuántico.
• A continuación, se generan dos copias del estado cuántico virtual en función de los resultados de la medición virtual realizada en el paso anterior.

Finalmente, establecen (en el teorema 4) la equivalencia entre la acción de una función de evolución temporal y la acción del mapa de transmisión virtual sobre cualquier estado arbitrario. Esto implica que el mapa de transmisión virtual se comporta como una operación temporal, lo que permite la creación de copias virtuales correlacionadas de estados cuánticos a lo largo del tiempo.

"La característica más atractiva de este trabajo es que el mapa se caracteriza de manera única por un conjunto simple de requisitos naturales. Por eso lo llamamos canónico. Esta propiedad única, a su vez, parece apuntar a una parte completamente nueva de la teoría cuántica, es decir, su estructura temporal, que todavía está en gran medida inexplorada", explicó el profesor Buscemi.

Impacto en las aplicaciones cuánticas

Al establecer un teorema de transmisión cuántica virtual, los investigadores han generado una serie de nuevas posibilidades para la computación cuántica, la información cuántica y la criptografía cuántica.

"Una vía que encuentro particularmente interesante, y en la que estoy trabajando actualmente con el Prof. Parzygnat, es cómo un estado de transmisión virtual puede potencialmente codificar las estadísticas de medición de dos mediciones separadas en el tiempo en un laboratorio determinado", dijo el Prof. Fullwood. P>

Este fenómeno sugiere que el estado de transmisión virtual, como se describe, captura no solo los valores esperados sino también las probabilidades de resultados de medición conjuntos.

Esto respalda la interpretación de la transmisión virtual como un proceso espaciotemporal que refleja el flujo de información cuántica a lo largo del tiempo, "similar a cómo el espacio-tiempo encapsula la evolución del espacio a lo largo del tiempo", añadió el profesor Fullwood.

Los investigadores también señalan que la radiodifusión virtual revela la estructura oculta detrás de muchas tecnologías de la información cuántica. El profesor Chiribella explica esto con un ejemplo en el contexto de la comunicación cuántica:"Una forma natural para que un espía acceda a un canal de comunicación cuántica es intentar copiar estados cuánticos".

"Resulta que la mejor manera aproximada de copiar el estado cuántico es realizar una aproximación física de nuestra transmisión virtual."

Esta comprensión puede mejorar las medidas de seguridad en la comunicación cuántica al ofrecer información sobre posibles técnicas de escucha y sus contramedidas.

Los investigadores señalan que estamos entrando en una nueva área de la teoría cuántica que antes se consideraba poco ortodoxa o prohibida, como la medición directa de la precisión en dispositivos cuánticos, tal como lo permite el mapa de transmisión virtual.

"Quizás aquí se puedan encontrar las respuestas a muchas preguntas fundamentales", concluyó el profesor Buscemi.