"Destilación cuántica" para medir la coherencia de cualquier estado cuántico

Un principio fundamental de la mecánica cuántica es la superposición de estados. Sistemas que están en varios estados al mismo tiempo, «vivos y muertos» a la vez como el famoso gato de Schrödinger, hasta que alguien realiza una medida y el sistema se decanta por una de las opciones.

Mientras dura la superposición, se dice que el sistema está en un estado coherente.

En los sistemas reales, conjuntos de varias partículas elementales o átomos que se encuentran en estados de superposición de, por ejemplo, varias posiciones a la vez, diferentes niveles de energía, o con el espín (giro de rotación cuántico) apuntando en un sentido y en el contrario, la coherencia es frágil: la superposición se rompe fácilmente por las vibraciones asociadas a la temperatura y por las interacciones con el entorno.

Los investigadores del Departamento de Física de la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB) Andreas Winter y Dong Yang proponen en un artículo científico, por primera vez, una manera de medir cuán robusta es la coherencia cuántica de un estado de superposición, sea cual sea este estado. Coherencia pura

Los investigadores han obtenido fórmulas simples para calcular la cantidad de «coherencia pura» que hay en un estado cuántico determinado, sólo respondiendo a un par de cuestiones fundamentales: con qué eficiencia se puede transformar el estado en «coherencia pura», y cómo es de eficiente el proceso inverso.

«En primer lugar, se trata de destilar el estado cuántico, ver qué parte de coherencia pura se puede extraer de él», explica Andreas Winter, para luego» volver a crear un estado con ‘ruido’ de modo que la coherencia se disuelva».

El proceso de destilación y disolución permite medir cuán robusta era la coherencia del estado inicial de superposición con experimentos que se pueden hacer a medida para cada caso particular.

Se trata de un resultado muy relevante para la física cuántica dado que «tradicionalmente, para medir el grado de coherencia de un estado de superposición era necesario poder medir intensidades de franjas de interferencia, ligadas a determinados experimentos», destaca Winter. «Nuestro método, en cambio, permite adaptar el experimento a cada estado de manera que la coherencia cuántica se manifiesta mejor».

La investigación, desarrollada por los investigadores del Grupo de Información y Fenómenos Cuánticos del Departamento de Física de la UAB Andreas Winter, investigador ICREA, y Dong Yang, también adscrito al Laboratory for Quantum Information de la Jiliang University Hangzhou, en Zhejiang (China), se ha publicado en la última edición de la revista Physical Review Letters. Referencia bibliográfica:

Andreas Winter, Dong Yang. Operational Resource Theory of Coherence. Phys. Rev. Lett. (2016). DOI: 10.1103/PhysRevLett.116.120404.