Investigadores e investigadoras han demostrado que los códigos correctores de errores cuánticos, absolutamente necesarios para el funcionamiento de las futuras computadoras cuánticas, ya son realizables en laboratorio utilizando las propiedades colectivas de los fotones.
De todos los medios susceptibles de transmitir información, la luz es evidentemente el más rápido, y el uso de sus propiedades cuánticas puede además convertirla en un medio de comunicación incondicionalmente seguro. La codificación de la información cuántica en la luz pasa por la definición de bits cuánticos, o qubits, esos famosos bloques fundamentales del cálculo cuántico.
Figura: La información cuántica se codifica en variables colectivas de los fotones (como el promedio de las frecuencias de los fotones) en forma de un peine de frecuencia (aquí, la variable Ω1). Las otras variables colectivas (agrupadas en la variable Ω⊥) no llevan información y no se miden. Así, los efectos del desplazamiento (ruido) de un fotón tienen un menor impacto en el peine, volviéndolo más robusto a las perturbaciones. Este efecto es tanto menor cuanto mayor es el número de fotones del peine, ya que depende del inverso de esta cantidad.
© P. Milman.
Sin embargo, ya sea en comunicación o en cálculo cuántico, la información cuántica es extraordinariamente frágil, y los errores de manipulación, las pérdidas de fotones o el acoplamiento entre la luz y campos parásitos pueden destruir la información cuántica.
Para contrarrestar estos efectos, investigadores e investigadoras en informática y física han desarrollado estrategias, como por ejemplo los códigos correctores de errores cuánticos. Inspirados en sus homólogos clásicos, los códigos cuánticos se basan en la redundancia, a través de la codificación de la información en estados cuánticos que comprenden varios qubits (en lugar de uno solo), y la medición de sus propiedades colectivas, como por ejemplo su paridad.
En el campo de la óptica cuántica, estos códigos se basan en la producción de estados complejos que proporcionan información sobre la degradación de la información que transportan, cuando se miden de manera inteligente. La realización experimental de tales estados es, sin embargo, difícil, a pesar de su importancia y su interés.
En un trabajo reciente, investigadores e investigadoras del CNRS y las Universidades Paris-Diderot y Paris-Saclay en el Laboratorio Materiales y Fenómenos Cuánticos (MPQ, CNRS / Université Paris Cité) han mostrado que dispositivos no lineales que convierten un fotón de un haz láser en un par de fotones "gemelos", entrelazados en frecuencia, producen naturalmente un estado robusto ante los errores y que pueden corregirse cuando son perturbados. De hecho, el dispositivo no lineal que permite la conversión de los fotones crea un peine de frecuencia colectivo donde todos los fotones están entrelazados cuando se sitúa en una cavidad óptica (ver figura).
Al enfocarse en las variables colectivas de este sistema (como por ejemplo el promedio de las frecuencias de los fotones), es posible ver este peine como un código corrector de errores. Los dispositivos que generan pares de fotones con tales propiedades, que son, hasta la fecha, los mayores estados fotónicos que permiten la corrección de errores en óptica cuántica, existen en diferentes laboratorios.
Estos resultados abren perspectivas para el desarrollo de herramientas experimentales que permitan la manipulación de estos estados a mayor escala y su utilización en aplicaciones como las comunicaciones cuánticas. Se han publicado en Physical Review Letters.
Referencias:
Gottesman-Kitaev-Preskill encoding in continuous modal variables of single photons, Éloi Descamps, Arne Keller y Pérola Milman, Physical Review Letters, publicado el 26 de abril de 2024.
Doi: 10.1103/PhysRevLett.132.170601
Archivo abierto: arXiv
De todos los medios susceptibles de transmitir información, la luz es evidentemente el más rápido, y el uso de sus propiedades cuánticas puede además convertirla en un medio de comunicación incondicionalmente seguro. La codificación de la información cuántica en la luz pasa por la definición de bits cuánticos, o qubits, esos famosos bloques fundamentales del cálculo cuántico.
Figura: La información cuántica se codifica en variables colectivas de los fotones (como el promedio de las frecuencias de los fotones) en forma de un peine de frecuencia (aquí, la variable Ω1). Las otras variables colectivas (agrupadas en la variable Ω⊥) no llevan información y no se miden. Así, los efectos del desplazamiento (ruido) de un fotón tienen un menor impacto en el peine, volviéndolo más robusto a las perturbaciones. Este efecto es tanto menor cuanto mayor es el número de fotones del peine, ya que depende del inverso de esta cantidad.
© P. Milman.
Sin embargo, ya sea en comunicación o en cálculo cuántico, la información cuántica es extraordinariamente frágil, y los errores de manipulación, las pérdidas de fotones o el acoplamiento entre la luz y campos parásitos pueden destruir la información cuántica.
Para contrarrestar estos efectos, investigadores e investigadoras en informática y física han desarrollado estrategias, como por ejemplo los códigos correctores de errores cuánticos. Inspirados en sus homólogos clásicos, los códigos cuánticos se basan en la redundancia, a través de la codificación de la información en estados cuánticos que comprenden varios qubits (en lugar de uno solo), y la medición de sus propiedades colectivas, como por ejemplo su paridad.
En el campo de la óptica cuántica, estos códigos se basan en la producción de estados complejos que proporcionan información sobre la degradación de la información que transportan, cuando se miden de manera inteligente. La realización experimental de tales estados es, sin embargo, difícil, a pesar de su importancia y su interés.
En un trabajo reciente, investigadores e investigadoras del CNRS y las Universidades Paris-Diderot y Paris-Saclay en el Laboratorio Materiales y Fenómenos Cuánticos (MPQ, CNRS / Université Paris Cité) han mostrado que dispositivos no lineales que convierten un fotón de un haz láser en un par de fotones "gemelos", entrelazados en frecuencia, producen naturalmente un estado robusto ante los errores y que pueden corregirse cuando son perturbados. De hecho, el dispositivo no lineal que permite la conversión de los fotones crea un peine de frecuencia colectivo donde todos los fotones están entrelazados cuando se sitúa en una cavidad óptica (ver figura).
Al enfocarse en las variables colectivas de este sistema (como por ejemplo el promedio de las frecuencias de los fotones), es posible ver este peine como un código corrector de errores. Los dispositivos que generan pares de fotones con tales propiedades, que son, hasta la fecha, los mayores estados fotónicos que permiten la corrección de errores en óptica cuántica, existen en diferentes laboratorios.
Estos resultados abren perspectivas para el desarrollo de herramientas experimentales que permitan la manipulación de estos estados a mayor escala y su utilización en aplicaciones como las comunicaciones cuánticas. Se han publicado en Physical Review Letters.
Referencias:
Gottesman-Kitaev-Preskill encoding in continuous modal variables of single photons, Éloi Descamps, Arne Keller y Pérola Milman, Physical Review Letters, publicado el 26 de abril de 2024.
Doi: 10.1103/PhysRevLett.132.170601
Archivo abierto: arXiv
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