La teleportación cuántica continúa revelando fenómenos que desafían nuestra comprensión de la física. Ahora, investigadores del Instituto Indio de Tecnología de la Universidad Hindú de Benarés descubrieron que ciertos procedimientos relativamente sencillos pueden alcanzar la misma precisión promedio que otros mucho más complejos.
El estudio, disponible en el repositorio científico arXiv, analiza un sistema de teleportación inspirado en modelos teóricos de agujeros negros y agujeros de gusano.
Los resultados sugieren que una propiedad conocida como magia cuántica, generalmente relacionada con la capacidad de realizar cálculos difíciles de reproducir mediante computadoras clásicas, no siempre es necesaria para recuperar información cuántica con gran fidelidad.
Sin embargo, los científicos también identificaron una diferencia importante entre ambos procedimientos.
Qué tiene que ver la teleportación cuántica con los agujeros negros
La teleportación cuántica permite transferir el estado de un sistema cuántico a otro mediante recursos como el entrelazamiento y la comunicación clásica. Esto no significa transportar físicamente una partícula de un lugar a otro ni enviar información más rápido que la luz.
Pero ¿qué relación tiene con los agujeros negros?
Según determinados modelos teóricos, estos objetos pueden dispersar rápidamente la información cuántica entre numerosas partículas, un proceso conocido como scrambling. Algunas teorías también plantean conexiones matemáticas entre agujeros negros entrelazados y agujeros de gusano.
Inspirándose en estas ideas, los físicos desarrollaron protocolos que permiten estudiar cómo se distribuye y recupera la información sin utilizar agujeros negros reales.
El descubrimiento que sorprendió a los investigadores
Los científicos Sudhanva Joshi y Sunil Kumar Mishra compararon dos tipos de operaciones utilizadas para mezclar información cuántica. El primero empleaba operaciones Clifford, relativamente sencillas y que no generan magia cuántica durante la mezcla.
El segundo utilizaba operaciones aleatorias más generales, conocidas como Haar, que normalmente presentan mayor complejidad cuántica.
Para evaluar ambos métodos, calcularon su fidelidad de teleportación, es decir, cuánto se parece el estado recuperado al original. El resultado fue inesperado: los dos procedimientos alcanzaron exactamente la misma fidelidad promedio, a pesar de sus diferencias.
Esto sugiere que, bajo las condiciones analizadas, la complejidad cuántica adicional no garantiza una mejor recuperación promedio de información.
A novel “wormhole teleportation protocol” devised by a team at Caltech provides a first-of-its-kind “quantum gravity experiment on a chip,” as described by lead researcher Maria Spiropulu. https://t.co/qVVDAYtuKw pic.twitter.com/3ztzVxeeir
— Quanta Magazine (@QuantaMagazine) December 17, 2022
Una diferencia de 40.000 veces en la estabilidad
Aunque ambos métodos consiguieron resultados promedio equivalentes, su comportamiento individual fue muy distinto.
En una comparación con sistemas de ocho cúbits por lado, las operaciones Clifford presentaron una variación de fidelidad aproximadamente 40.000 veces mayor que las operaciones Haar.
Esto no significa que fallaran 40.000 veces más, sino que sus resultados eran mucho menos uniformes. Los investigadores también observaron que, al aumentar el tamaño del sistema, el método sencillo podía acercarse a una teleportación prácticamente perfecta.
Sin embargo, el procedimiento más complejo mantenía una mayor consistencia.
Otro hallazgo importante fue que añadir magia cuántica no garantizaba mejores resultados: el mecanismo utilizado para recuperar la información debía corresponder adecuadamente al empleado para mezclarla.
Qué significa para el futuro de las computadoras cuánticas
Los resultados podrían ayudar a comprender mejor cómo se recupera información en sistemas cuánticos complejos y qué recursos son realmente necesarios para hacerlo. No obstante, el trabajo es teórico y utiliza condiciones idealizadas.
Los científicos todavía no demostraron estos resultados mediante computadoras cuánticas reales, y la investigación continúa pendiente de revisión por pares.
Aun así, el descubrimiento plantea una posibilidad interesante: recuperar información cuántica con gran precisión podría depender menos de la complejidad de las operaciones y más de cómo se organiza el proceso de recuperación.
