¿Cómo se puede saber si una memoria cuántica es realmente cuántica?

Las memorias cuánticas son dispositivos que pueden almacenar información cuántica para un momento posterior, que generalmente se implementa almacenando y reemitiendo fotones con ciertos estados cuánticos. Pero a menudo es difícil saber si una memoria está almacenando información cuántica o simplemente clásica. En un nuevo documento, los físicos han desarrollado una nueva prueba para verificar la naturaleza cuántica de los recuerdos cuánticos.

Los investigadores, Denis Rosset, Francesco Buscemi, y Yeong-Cherng Liang, han publicado un artículo sobre el quantum de memoria de prueba en un número reciente de la revista Physical Review X .

"Los recuerdos cuánticos son componentes indispensables de las redes de comunicación cuántica de larga distancia y potencialmente incluso en una computadora cuántica a gran escala", dijo a Phys.org Liang, físico de la Universidad Nacional de Cheng Kung en Taiwán . "Para que estos componentes sirvan a su propósito, es esencial que puedan preservar, al menos, el enredo cuántico entre ciertas entradas a la memoria y cualquier otra parte que no ingrese a la memoria. Nuestro trabajo logra el equilibrio correcto al certificar cualquier dispositivo que posee esta habilidad al hacer las suposiciones mínimas ".

Como explican los científicos, el enredo cuántico entre el sistema almacenado en la memoria y cualquier sistema remoto que no esté en la memoria debe mantenerse durante todo el tiempo de almacenamiento. Si este enredo se rompe en cualquier momento, entonces el dispositivo ya no funciona como una memoria cuántica sino como un "canal de enredo" y como resultado puede transmitir solo información clásica.

Aunque actualmente existen pruebas que pueden verificar la naturaleza cuántica de una memoria cuántica, estas pruebas tienen ciertas limitaciones. Por un lado, requieren que el experimentador confíe en que los dispositivos de medición y preparación del estado utilizados por la memoria cuántica son precisos. Por esta razón, estas pruebas se llaman protocolos dependientes del dispositivo. Sin embargo, una prueba que no hace suposiciones no puede ser "fiel", lo que significa que puede pasar por alto algunos recuerdos cuánticos genuinos. Esto se debe a que estos métodos prueban la violación de una desigualdad de Bell como verificación de enredo, que es suficiente pero no necesaria, ya que algunos canales genuinamente cuánticos no violan las desigualdades de Bell y, por lo tanto, no aprobarían esta prueba.

Aunque sería ideal diseñar una prueba que sea completamente independiente del dispositivo, los investigadores explican que no es posible probar una sola memoria de esta manera, incluso en principio, debido a la necesidad de probar la memoria cuántica en dos momentos diferentes. . Sin embargo, su nueva prueba es independiente del dispositivo de medición, lo que significa que todavía requiere que se confíe en el dispositivo de preparación del estado, pero no es necesario hacer suposiciones con respecto al dispositivo de medición. La nueva prueba también es fiel, lo que significa que puede identificar correctamente todas las memorias cuánticas que funcionan como canales cuánticos que no se entremezclan.