Un protocolo universal que invierte la evolución de un qubit con alta probabilidad de éxito.
10 de abril de 2023 feature
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por Ingrid Fadelli, Phys.org
Investigadores del Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica (IQOQI) en Viena recientemente diseñaron un mecanismo universal para invertir la evolución de un qubit con alta probabilidad de éxito. Este protocolo, presentado en Physical Review Letters, puede propagar cualquier qubit objetivo de vuelta al estado en el que se encontraba en un momento específico del pasado.
La introducción de este protocolo se basa en un artículo previo publicado en 2020, donde el mismo equipo presentó una serie de protocolos de traducción de tiempo que podrían aplicarse en entornos no controlados. Si bien algunos de estos protocolos eran prometedores, en la mayoría de los escenarios evaluados se encontró que su probabilidad de éxito era demasiado pequeña. En su nuevo estudio, los investigadores se propusieron crear un protocolo alternativo con una probabilidad de éxito más alta.
"Nuestro protocolo recién desarrollado invierte la evolución unitaria de un qubit", dijo David Trillo, uno de los investigadores que llevó a cabo el estudio junto con Benjamín Dive y Miguel Navascués, a Phys.org. "Un qubit (o bit cuántico) es un sistema cuántico de dos niveles que sirve como el equivalente cuántico de los bits utilizados en computadoras cuánticas. Cualquier sistema cuántico tiene una evolución natural en el tiempo que debe controlarse o al menos tenerse en cuenta al diseñar procesos físicos a su alrededor (por ejemplo, al construir una computadora cuántica). Nuestro protocolo toma un qubit y genera el mismo sistema, pero en el estado en el que estaría si hubiera evolucionado hacia atrás en el tiempo".
El protocolo creado por Trillo y sus colegas es universal, lo que significa que se puede aplicar a cualquier qubit, independientemente de su evolución natural en el tiempo o el estado en el que se encuentra cuando se utiliza el protocolo. Los protocolos universales son inherentemente probabilísticos, lo que significa que no pueden tener éxito todo el tiempo, sino que tienen una cierta probabilidad de éxito.
En las evaluaciones iniciales, los investigadores encontraron que su mecanismo universal de rebobinado cuántico tiene una alta probabilidad de éxito, específicamente del 1. Esencialmente, el protocolo funciona estableciendo un qubit objetivo en una superposición de trayectorias de vuelo y luego realizando una serie de operaciones cuánticas sobre él.
"Nuestro protocolo funciona para sistemas no controlados, o en otras palabras, qubits sobre los cuales no sabemos cómo aplicar transformaciones particulares", explicó Trillo. "Su característica novedosa es que, cada vez que falla, podemos corregir el fallo y llevar el sistema al estado deseado. Al realizar estas correcciones de manera adaptativa, podemos aumentar la probabilidad de éxito tanto como queramos a costa de aumentar el tiempo de ejecución del protocolo".
El nuevo protocolo universal presentado por Trillo y sus colegas permite a los investigadores rebobinar cualquier qubit dado en un entorno no controlado con alta probabilidad de éxito. Si bien ya existían protocolos que podían lograr esto en entornos controlados, desbloquear la capacidad de propagar qubits individuales en entornos no controlados a un estado anterior podría abrir nuevas posibilidades valiosas para la investigación.
"Uno se pregunta qué otros fenómenos del entorno controlado podemos transferir a un ambiente no controlado", agregó Trillo. "Idealmente, nos gustaría generalizar este protocolo a sistemas de dimensiones superiores. Esto parece ser bastante desafiante ya que se necesitan nuevas ideas para esto. También estamos buscando mejorar la probabilidad de éxito de los otros protocolos en el artículo original, particularmente los protocolos SWAP".
Información del diario: Physical Review Letters
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