Dos investigadores de Informática del University College de Londres y de la Universidad de Gdansk (Polonia) han presentado un nuevo método para determinar la cantidad de entrelazamiento cuántico -un fenómeno que conecta a dos elementos remotos, y crucial para la tecnología cuántica- dentro de un sistema cuántico unidimensional.
En su artículo, publicado esta semana en Nature Physics, Fernando Brandão (UCL) y Michał Horodecki (Instituto de Física Teórica y Astrofísica de la Universidad de Gdansk) demuestran que si la correlación entre las partículas en una muestra disminuye exponencialmente con la distancia, el entrelazamiento entre una región y el resto de la muestra depende sólo de la superficie que haya entre ambos.
La caracterización de los estados entrelazados es esencial para tecnologías como la computación cuántica, la comunicación cuántica y la criptografía cuántica. El entrelazamiento también está detrás de la dificultad de hacer simulaciones por ordenador de sistemas cuánticos.
Este hallazgo demuestra que una amplia clase de sistemas cuánticos (aquellos con decaimiento exponencial de la correlación) tiene sólo un entrelazamiento limitado y por tanto se pueden simular fácilmente.
Los investigadores de este campo ya sospechaban la relación entre el área y el entrelazamiento, basándose en el argumento intuitivo de que si la correlación entre las partículas en un sistema se reduce rápidamente con la distancia, sólo las partículas cercanas estarán entrelazadas o enredadas unas con otras. Por lo tanto, las partículas que estén lejos de la frontera no participarán en el entrelazamiento y sólo la zona de frontera será relevante.
Sin embargo, esta tentadora idea fue debilitada por la existencia de un contraejemplo, que parecía demostrar que incluso cuando dos regiones estaban separadas por una capa lo suficientemente amplia como para cortar casi toda correlación entre ellos, los observadores no eran capaces de saber tanto sobre cada región como lo harían si estuvieran realmente aisladas.
Resolución
Este fenómeno de «ocultación de datos» es una característica clave de los estados entrelazados, donde la falta de conocimiento sobre una parte de la pareja afecta a lo que se puede medir de la otra.
Este trabajo resuelve esta dificultad aparente mediante la combinación de los hallazgos recientes de la teoría de la información cuántica, originalmente desarrollada para el análisis de protocolos de comunicación cuántica, que muestra que la ocultación de datos no tiene lugar una vez que se encuentran correlaciones que decaen exponencialmente en todas las diferentes regiones del sistema.
Brandão explica en la nota de prensa, publicada por AlphaGalileo: «Estamos muy contentos de haber creado este método. Esto demuestra algo que parecía ser intuitivamente cierto, pero la razón por la que es verdad ha resultado ser muy diferente de la intuición original. El resultado también nos ayuda a identificar los casos en que hay bajo entrelazamiento, que son a menudo buenos candidatos para la simulación con ordenadores clásicos, que no son capaces de modelar las consecuencias de los fenómenos cuánticos».
Referencia bibliográfica:
Fernando G. S. L. Brandão y Michał Horodecki: An area law for entanglement from exponential decay of correlations. Nature Physics (2013). DOI:10.1038/nphys2747.