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(noticias nanowerk) Bartosz Regula, del Centro RIKEN de Computación Cuántica, y Ludovico Lami, de la Universidad de Amsterdam, han demostrado mediante cálculos probabilísticos que, como se supone, existe una regla de «entropía» para el fenómeno del entrelazamiento cuántico. Este hallazgo podría contribuir a una mejor comprensión del entrelazamiento cuántico, un recurso clave que subyace a gran parte del rendimiento de las futuras computadoras cuánticas. Actualmente se sabe poco sobre la forma óptima de utilizarlo de manera efectiva, a pesar de que ha sido el foco de la investigación en ciencia de la información cuántica durante décadas.
La segunda ley de la termodinámica, que establece que un sistema nunca puede pasar a un estado de «entropía» u orden inferior, es una de las leyes más fundamentales de la naturaleza y se encuentra en el corazón de la física. Es lo que crea la «Flecha del Tiempo» y nos dice el hecho notable de que la dinámica de los sistemas físicos generales, incluso los sistemas extremadamente complejos como los gases o los agujeros negros, están encapsulados en una única función, su «entropía».
Sin embargo, hay una complicación. Como es bien sabido, el principio de entropía se aplica a todos los sistemas clásicos, pero hoy en día exploramos cada vez más el mundo cuántico. Actualmente estamos experimentando una revolución cuántica y resulta crucial comprender cómo podemos extraer y transformar los costosos y frágiles recursos cuánticos.
En particular, el entrelazamiento cuántico, que ofrece importantes ventajas en comunicación, computación y criptografía, es crucial, pero debido a su estructura extremadamente compleja, manipularlo de manera eficiente e incluso comprender sus propiedades fundamentales suele ser mucho más difícil que en el caso de la termodinámica.
La dificultad es que tal “segunda ley” para el entrelazamiento cuántico requeriría pruebas de que se pueden realizar transformaciones de entrelazamiento. reversible, del mismo modo que en termodinámica el trabajo y el calor se pueden convertir entre sí. Es bien sabido que la reversibilidad del entrelazamiento es mucho más difícil de garantizar que la reversibilidad de las transformaciones termodinámicas, y todos los intentos anteriores de establecer alguna forma de teoría del entrelazamiento reversible han fracasado. Incluso se ha sugerido que el enredo podría ser irreversible, haciendo imposible la búsqueda.
En su nuevo trabajo, publicado en comunicación de la naturaleza (“Reversibilidad de recursos cuánticos a través de protocolos probabilísticos”), los autores resuelven esta antigua conjetura utilizando transformaciones de entrelazamiento “probabilísticas” cuyo éxito sólo está garantizado durante algún tiempo, pero que a cambio ofrecen un mayor rendimiento en la conversión de sistemas cuánticos.
Entre tales procesos, los autores muestran que de hecho es posible establecer un marco reversible para la manipulación del entrelazamiento, identificando así un entorno en el que emerge una «entropía de entrelazamiento» única y todas las transformaciones del entrelazamiento están controladas por una sola cantidad. Los métodos que utilizan podrían aplicarse de manera más amplia y mostrar propiedades de reversibilidad similares también para recursos cuánticos más generales.
Según Regula, «Nuestros resultados representan un avance significativo en la comprensión de las propiedades fundamentales del entrelazamiento, revelando conexiones fundamentales entre el entrelazamiento y la termodinámica y, fundamentalmente, permitiendo una simplificación significativa de la comprensión de los procesos de transformación del entrelazamiento. Esto no es sólo inmediato y directo». aplicación en los fundamentos de la teoría cuántica, pero también ayudará a comprender los límites últimos de nuestra capacidad para manipular eficientemente el entrelazamiento en la práctica”.
Mirando hacia el futuro, continúa: «Nuestro trabajo es la primera evidencia de que la reversibilidad es un fenómeno alcanzable en la teoría del entrelazamiento. Sin embargo, se han sospechado formas de reversibilidad aún más fuertes, y hay esperanzas de que el entrelazamiento también ocurra en condiciones más débiles». suposiciones que las que hicimos en nuestro trabajo, especialmente sin depender de transformaciones probabilísticas. El problema es que responder a estas preguntas parece mucho más difícil y requiere resolver problemas matemáticos y de teoría de la información que hasta ahora han eludido todos los intentos de resolverlos. Por lo tanto, comprender los requisitos precisos para que se mantenga la reversibilidad sigue siendo un problema abierto fascinante”.
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