Un nuevo estudio teórico proporciona un marco para comprender la no localidad, una característica que las redes cuánticas deben poseer para realizar operaciones inaccesibles a la tecnología de comunicaciones estándar. Al aclarar el concepto, los investigadores determinaron las condiciones necesarias para crear sistemas con fuertes correlaciones cuánticas.
El estudio, publicado en Physical Review Letters, adapta técnicas de la teoría de la computación cuántica para crear un nuevo esquema de clasificación para la no localidad cuántica. Esto no solo permitió a los investigadores unificar estudios previos del concepto en un marco común, sino que facilitó una prueba de que los sistemas cuánticos en red solo pueden mostrar no localidad si poseen un conjunto particular de características cuánticas.
« En la superficie, la computación cuántica y la no localidad en las redes cuánticas son cosas diferentes, pero nuestro estudio muestra que, en cierto modo, son dos caras de la misma moneda », dijo Eric Chitambar, profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad. de Illinois Urbana-Champaign y líder del proyecto. « En particular, requieren el mismo conjunto fundamental de operaciones cuánticas para generar efectos que no se pueden replicar con la tecnología clásica ».
La no localidad es una consecuencia del entrelazamiento, en el que los objetos cuánticos experimentan fuertes conexiones incluso cuando están separados por grandes distancias físicas. Cuando se utilizan objetos entrelazados para realizar operaciones cuánticas, los resultados muestran correlaciones estadísticas que no pueden explicarse por medios no cuánticos. Se dice que tales correlaciones no son locales. Una red cuántica debe poseer un grado de no localidad para garantizar que pueda realizar funciones verdaderamente cuánticas, pero el fenómeno aún no se comprende bien.
Para facilitar el estudio de la no localidad, Chitambar y la estudiante graduada en física Amanda Gatto Lamas aplicaron el formalismo de la teoría cuántica de recursos. Al tratar la no localidad como un « recurso » para administrar, el marco de trabajo de los investigadores les permitió ver los estudios anteriores sobre la no localidad como instancias separadas del mismo concepto, solo que con diferentes restricciones sobre la disponibilidad del recurso. Esto facilitó la prueba de su resultado principal, que la no localidad solo se puede lograr con un conjunto limitado de operaciones cuánticas.
« Nuestro resultado es la red cuántica análoga a un importante resultado de computación cuántica llamado teorema de Gottesman-Knill », explicó Gatto Lamas. « Si bien Gottesman-Knill define claramente lo que debe hacer una computadora cuántica para superar a una clásica, mostramos que una red cuántica debe construirse con un conjunto particular de operaciones para hacer cosas que una red de comunicaciones estándar no puede ».
Chitambar cree que el marco no solo será útil para desarrollar criterios para evaluar la calidad de una red cuántica en función del grado de no localidad que posee, sino que puede usarse para expandir el concepto de no localidad.
« En este momento, existe una comprensión relativamente buena del tipo de no localidad que puede surgir entre dos partes », dijo. « Sin embargo, uno puede imaginar que una red cuántica que consta de muchas partes conectadas podría tener algún tipo de propiedad global que no se puede reducir a pares individuales en la red. Tal propiedad podría depender íntimamente de la estructura general de la red ».