Memoria Cuantica

En los últimos años los científicos han logrado grandes avances en el campo de la computación cuántica pasando de la etapa “creemos que es posible” a la creación de computadoras cuánticas que realmente funcionan. Si bien ninguna computadora cuántica desarrollada hasta ahora puede superar el rendimiento del dispositivo en el que está leyendo este artículo, ese día eventualmente llegará.

A medida que los modelos de nuevas computadoras cuánticas se vuelvan disponibles comercialmente, más allá del adhesivo que así lo indique, ¿cómo será posible certificar que la caja negra que acabamos de comprar es capaz de realizar operaciones cuánticas genuinas?

En este punto, un equipo de investigadores en la Universidad Nacional de Cheng Kung en Taiwán, ha desarrollado una nueva prueba para verificar la naturaleza cuántica de las memorias cuánticas.

Las computadoras clásicas usan bits para almacenar información. Cada bit puede estar en uno de dos estados: 0 o 1. Las computadoras cuánticas usan qubits (el nombre proviene de qu antum y bit) para almacenar información. Cada qubit puede almacenar información como un 1, 0 o cualquier superposición de los dos números, lo que significa que puede actuar como un 1 y un 0 al mismo tiempo.

Esta extrañeza cuántica le otorga a la computación cuántica su poder. Las computadoras basadas en qubits podrán superar seriamente a las computadoras clásicas en algunas áreas realmente importantes.

Cualquier computadora, cuántica o clásica, debe poder recibir, almacenar, procesar y generar información. La clave del poder de una computadora cuántica radica en la naturaleza cuántica de los qubits que almacenan información.

Las computadoras clásicas pueden recibir entradas cuánticas, medirlas y almacenar el valor medido de forma clásica, para procesar la información almacenada y obtener información. Esto suena “cuántico”, pero al medir la entrada cuántica destruye la naturaleza cuántica de la entrada, y con ello su ventaja cuántica.

Diferenciar entre una computadora cuántica real y un impostor es un asunto complicado. El primer paso de referencia para la cuantización es demostrar que realmente existe. Utilizando un enfoque enraizado en la teoría de la decisión estadística, el equipo demostró que hay una clase de pruebas que pueden diferenciar entre una memoria de computadora que almacena información de manera clásica y una que conserva la propiedad cuántica de la entrada.

Luego, los investigadores construyeron la prueba. Lo hicieron al identificar un conjunto de señales de entrada cuánticas que contienen correlaciones de firmas. Estas entradas y salidas revelan si las señales fueron almacenadas por un sistema de memoria cuántica o clásica. Las pruebas abarcan todo: qubits basados ​​en las propiedades de los electrones, los puntos cuánticos, los fotones y otras propiedades.

Los investigadores señalan que sólo las computadoras cuánticas reales pasarán esta prueba y los impostores siempre fallarán, con el añadido que son viables experimentalmente.

La prueba utiliza un marco semicuántico que es muy similar al utilizado en algunas pruebas de entrelazado de estados cuánticos, el cual se refiere refiere a las correlaciones en el espacio. Los protocolos convencionales para probar correlaciones similares a espacios suelen utilizar dos caracteres: Alicia como remitente y Bob como receptor de estados cuánticos.

Pero dado que las memorias cuánticas implican correlaciones similares en el tiempo, el protocolo necesita sólo un único personaje, que los investigadores llaman Abby, para actuar como emisor y receptor en diferentes momentos.

En la prueba propuesta, al comparar las frecuencias relativas de las señales que Abby envía y recibe, es posible estimar el entrelazado de tiempo y certificar que la memoria cuántica puede almacenar información cuántica.

Los investigadores demostraron que la nueva prueba es robusta, y esperan que sea posible realizar la prueba de manera experimental con la tecnología actual, lo que proporcionaría una herramienta muy útil para el desarrollo futuro de memorias cuánticas.

Referencia: Resource Theory of Quantum Memories and Their Faithful Verification with Minimal Assumptions. Physical Review X, 2018. https://doi.org/10.1103/PhysRevX.8.021033