Entrelazamiento multifotón de dos cutrits y un cubit

Dibujo20160427 A layered quantum communication protocol Multi-photon entanglement in high dimensions nphoton-2016-12-f4

El entrelazamiento cuántico se suele estudiar entre cubits (2D). También se pueden usar cutrits (3D), e incluso cudits (d-D). Más aún, incluso sistemas asimétricos. Anton Zeilinger y varios colegas publican en Nature Photonics el entrelazamiento (3,3,2) entre tres fotones, es decir, dos cutrits y un cubit. Este tipo de estados entrelazados (3,3,2) permiten estudiar la contextualidad cuántica en acción.

Recuerda que los estados de los cubits se suelen representar con los dígitos binarios {0, 1} y los de los cutrits con los dígitos {0,1,2} o {−1,0,+1}. Usando fotones los cutrits se deben implementar usando el momento angular orbital. Los estados multifotón son útiles en los protocolos de comunicaciones cuánticas. También son útiles en cifrado cuántico ya que para garantizar la seguridad basta usar el cubit, mientras que los dos cutrits se pueden usar para enviar información.

El artículo es Mehul Malik, Manuel Erhard, […] Anton Zeilinger, “Multi-photon entanglement in high dimensions,” Nature Photonics 10: 248–252 (2016), doi: 10.1038/nphoton.2016.12, arXiv:1509.02561 [quant-ph].

Dibujo20160427 three-photon state cannot be decomposed into entangled states of a smaller dimensionality structure nphoton-2016-12-f3

El nuevo estado multifotón (3,3,2) se representa teóricamente por |Ψ⟩ = ( |0⟩A|0⟩B|0⟩C + |1⟩A|1⟩B|1⟩C + |2⟩A|2⟩B|1⟩C )/√3. En el experimento se ha logrado un estado equivalente de tipo |Ψ⟩exp = ( |0⟩A|0⟩B|0⟩C + |1⟩A|−1⟩B|1⟩C+|−1⟩A|1⟩B|1⟩C )/√3. Para demostrar que se ha logrado este estado entrelazado (3,3,2) ha sido necesario probar de forma experimental que no se puede descomponer en un producto de estados de menor dimensionalidad, como (3,2,2), (2,2,2) o (2,2). Repito, no basta una demostración teórica, sino que hay que implementar un protocolo experimental específico que lo demuestre en la práctica (la parte más novedosa del nuevo artículo del grupo de Zeilinger ha sido la medida de la matriz densidad 18×18 para dicho estado). No entraré en los detalles técnicos (de interés solo para los expertos).

Dibujo20160427 Schematic of the experiment nphoton.2016.12-f1

Los estados cuánticos de fotones usando su momento angular orbital están de moda. Hasta hace una década, gran parte de nuestro conocimiento sobre la física cuántica se basaba en el uso de cubits. Hoy en día se trabaja en laboratorios de óptica cuántica avanzados con cutrits, cuatrits y cudits sin ningún problema. Gracias a ello se abre la puerta al desarrollo de nuevos protocolos cuánticos.


1 Comentario

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Pedro Mascarós

Hola Francis, viendo este tema sobre los cutrits y los cudits, un artículo anterior sobre la adsorción negativa, todo lo que se está descubriendo sobre la expansión térmica negativa o los índices de refracción negativos en los metamateriales, la posible nueva física de los 700Gv, los asombrosos avances en IA y la robótica…. Tengo la sensación de que si salimos vivos del cambios climático, y no me cabe la menor duda de que será gracias a los espectaculares avances que siguen creciendo de forma exponencial, vamos a tener que enfrentarnos a un demonio interior mucho mas poderoso, a saber, cómo leches vamos a poder adaptarnos mentalmente, psicologicamente, a todo lo que la tecnología pueda ofrecernos y a las nuevas exigencias a la que nos va a arrastrar; la brecha generacional no solamente se disparará, si no que tampoco puedo imaginarme que las futuras generaciones puedan soportar el estrés y la presión de las posibilidades.

Esto es imparable.

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