Medición de pequeños efectos cuantitativos con alta precisión

La mayoría de las tecnologías de la información cuántica, incluidas las computadoras cuánticas, un paso por encima de las supercomputadoras, y las comunicaciones cuánticas impenetrables se basan en el principio del entrelazamiento cuántico. Sin embargo, los sistemas entrelazados existen en un microcosmos muy pequeño y frágil. Las escalas cuánticas, que proporcionan una sensibilidad mejorada en comparación con las mediciones convencionales a microescala, se han basado principalmente en el entrelazamiento cuántico, por lo que es difícil de implementar en aplicaciones de la vida real. Un equipo de investigación coreano propuso recientemente una forma de lograr una precisión de medición cuantitativa sin utilizar recursos enredados.

El equipo de investigación de POSTECH dirigido por el profesor Yoon Ho Kim y el Dr. Josip Kim (Departamento de Física) descubrió un método de amplificación de valor débil (WVA) que alcanza el límite de Heisenberg sin usar entrelazamiento cuántico. El límite de Heisenberg se refiere a la precisión que eventualmente se puede lograr en metrología cuantitativa.

Las métricas basadas en WVA, uno de los métodos para medir los efectos cuantitativos, son un enfoque para obtener la mayor cantidad de información sobre un sistema cuantitativo con el menor efecto. Puede medir eficientemente el sistema sin colapso del estado cuántico.

Al usar el valor débil medido de esta manera, es posible amplificar pequeños efectos físicos como cambios de fase ultrapequeños. Aunque este método tiene menos errores en comparación con los tradicionales, tiene una limitación crítica de menor potencial de detección. Se han propuesto métodos para superar esta limitación mediante el uso de entrelazamiento, pero la dificultad de generar entrelazamiento cuántico a gran escala ha sido un desafío importante para lograr la medida limitada de Heisenberg.

Los investigadores enfatizaron que en la amplificación de valor débil, el límite de Heisenberg se alcanza sin usar entrelazamiento a través de la interacción iterativa entre diferentes estados cuánticos. Explican que esto resulta de interacciones iterativas locales entre cada partícula en un sistema medido y entrelazado, y no del entrelazamiento cuántico en sí.

«Este estudio contribuirá al uso práctico de la metrología cuántica al verificar que el entrelazamiento no es un requisito absoluto para alcanzar el límite de Heisenberg», comentó el profesor Yoon Ho Kim, quien dirigió el estudio.

Este estudio fue publicado recientemente en International Academic Journal Cartas de revisión física.