Un nuevo método de "destilación cuántica" permite medir la coherencia de cualquier estado cuántico

Un principi fonamental de la mecànica quàntica és la superposició d’estats. Sistemes que estan en diversos estats alhora, “vius i morts” al mateix temps com el famós gat d’Schrödinger, fins que ningú no realitza una mesura i el sistema es decanta per una de les opcions. Mentre dura la superposició es diu que el sistema està en un estat coherent. En els sistemes reals, conjunts de diverses partícules elementals o àtoms que es troben en estats de superposició de, per exemple, diverses posicions alhora, diferents nivells d’energia, o amb l’espin (gir de rotació quàntic) apuntant en un sentit i en el contrari, la coherència és fràgil: la superposició es trenca fàcilment per les vibracions associades a la temperatura i per les interaccions amb l’entorn.

Els investigadors del Departament de Física de la UAB Andreas Winter i Dong Yang proposen en un article científic, per primer cop, una manera de mesurar com és de robusta la coherència quàntica d’un estat de superposició, sigui quin sigui aquest estat. Els investigadors han obtingut fórmules simples per calcular la quantitat de “coherència pura” que hi ha en un estat quàntic determinat, només responent un parell de qüestions fonamentals: amb quina eficiència es pot transformar l’estat en “coherència pura”, i com és d’eficient el procés invers.

“En primer lloc es tracta de destil·lar l’estat quàntic. Veure quina part de coherència pura es pot extraure d’ell” explica Andreas Winter, per després “tornar a crear un estat amb ‘soroll’ de manera que la coherència es dissolgui”. El procés de destil·lació i dissolució permet mesurar com de robusta era la coherència de l’estat inicial de superposició amb experiments que es poden fer a mida per a cada cas particular. Es tracta d’un resultat molt rellevant per a la física quàntica atès que “tradicionalment, per mesurar el grau de coherència d’un estat de superposició era necessari poder mesurar intensitats de franges d’interferència, lligades a determinats experiments”, destaca Winter. “El nostre mètode, en canvi, permet adaptar l’experiment a cada estat de manera que la coherencia quàntica es manifesta millor”.

La recerca, desenvolupada pels investigadors del Grup d’Informació i Fenòmens Quàntics del Departament de Física de la UAB Andreas Winter, investigador ICREA, i Dong Yang, també adscrit al Laboratory for Quantum Information de la Jiliang University Hangzhou, a Zhejiang (Xina), s’ha publicat a la darrera edició de la revista Physical Review Letters.

Artículo científico:
Operational Resource Theory of Coherence, Andreas Winter and Dong Yang, Phys. Rev. Lett. 116, 120404. http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.120404