Pesquisadores do Instituto de Ciência e Tecnologia da Coréia (KIST) tentaram recentemente capturar a interação entre diferentes tipos de informações que são importantes ao coletar medições quânticas, ou seja, ganho de informação, perturbação e reversibilidade. Seu artigo, publicado na Physical Review Letters, representa pela primeira vez essas três quantidades-chave relacionadas à medição quântica em uma única relação de troca.
“O conceito do trade-off entre o ganho de informação e a perturbação era conhecido antes (ou seja, se queremos obter alguma informação sobre um estado ou sistema quântico, inevitavelmente perturbamos o estado ou o sistema e ele se transforma em algum outro estado em o processo)”, disse Seung-Woo Lee e Hyang-Tag Lim no KIST Center for Quantum Information, ao Phys.org. “O conceito de reversibilidade também foi investigado antes, porém, não em conjunto com o ganho de informação e a perturbação.”
Ganho de informação, perturbação e reversibilidade são três quantidades cruciais que afetam os procedimentos de medição quântica. O objetivo principal do trabalho recente de Lee, Lim e seus colegas foi mostrar que existe uma relação de troca entre todas essas três quantidades.
Para conseguir isso, a equipe construiu um interferômetro, um dispositivo óptico que mescla duas ou mais fontes de luz para criar um padrão de interferência que pode ser medido e analisado. O interferômetro que eles criaram tem três caminhos ópticos e pode acoplar qutrits fotônicos (ou seja, unidades de informação quântica) com graus de liberdade de caminho.
“Na óptica quântica, pode-se gerar e manipular um estado qudit fotônico usando vários graus de liberdade de fótons únicos, como polarização, intervalo de tempo, caminho óptico, momento angular orbital e assim por diante”, explicou Lim. “Usando nosso interferômetro, coletamos diferentes tipos de medidas quânticas, ajustando a amplitude de transmissão para cada caminho. A amplitude de transmissão para cada caminho foi controlada usando dispositivos ópticos lineares, como placas de meia onda e divisores de feixe polarizadores.”
Com base nas medições coletadas, Lim e seus colegas foram capazes de estimar três tipos de conteúdo de informações e demonstrar uma troca completa de informações, manipulando um estado de qutrit fotônico e os pontos fortes da medição quântica. Suas descobertas mostram que as medições quânticas dividem a informação de um estado quântico em três partes diferentes, a saber, o ganho de informação, a perturbação e a reversibilidade.
“A principal contribuição do nosso trabalho é que ele trouxe esses três conceitos sob o mesmo teto pela primeira vez, mostrando uma única relação de troca contendo todos os três elementos”, disse Lee. “Mostramos que as três quantidades estão interligadas e dependentes umas das outras. Nosso estudo redefine quais quantidades são importantes para uma medição quântica e quais devem ser seus valores para que uma medição em uma tarefa de informação quântica seja ótima.”
As descobertas reunidas por essa equipe de pesquisadores podem ter inúmeras implicações importantes, pois delineiam claramente as quantidades mais importantes para preservar informações ao coletar medições quânticas. Além de inspirar novos estudos de pesquisa quântica, este trabalho também pode abrir caminho para o desenvolvimento de ferramentas de processamento de informações quânticas mais seguras.
“Pode haver muitas novas direções de pesquisa que podemos seguir agora”, acrescentou Lee. “A primeira é analisar relações de trade-off semelhantes em sistemas multipartículas na presença ou ausência de emaranhamento e outras formas de correlações. Outra é capturar o conceito de perda de informação no quadro da relação de trade-off envolvendo as três quantidades, na presença e na ausência de ruído. Finalmente, planejamos tentar vincular essa estrutura aos modelos de decoerência e analisar como a perda de informação aumenta com a decoerência quando estudada no contexto dessa relação de troca.”
Publicado em 27/02/2022 16h47
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