Universidad Dr. Tohoku. Le Binh Ho explora cómo la compresión cuántica puede mejorar la precisión de las mediciones en sistemas cuánticos complejos, con posibles aplicaciones en detección cuántica, imágenes y tecnología de radar. Estos hallazgos podrían conducir a avances en áreas como la precisión del GPS y la detección temprana de enfermedades a través de biosensores más sensibles.
La compresión cuántica es un concepto de física cuántica en el que se reduce la incertidumbre en un aspecto de un sistema y se aumenta la incertidumbre en otro aspecto relacionado. Imagina un globo redondo lleno de aire. En su estado normal, el globo es perfectamente redondo. Cuando aprietas un lado, se aplana y se expande por el otro lado. Esto representa lo que sucede en un estado cuántico suprimido: se reduce la incertidumbre (o el ruido) en una cantidad, como la posición, pero al hacerlo, se aumenta la incertidumbre en otra cantidad, como la velocidad. Sin embargo, la incertidumbre total sigue siendo la misma, ya que la estás redistribuyendo entre los dos. Aunque la incertidumbre general sigue siendo la misma, esta “compresión” permite medir una de esas variables con mayor precisión que antes.
Esta técnica ya se ha utilizado para mejorar la precisión de las mediciones en situaciones en las que solo es necesario medir con precisión una variable, como para mejorar la precisión de los relojes atómicos. Sin embargo, utilizar la compresión en casos en los que es necesario medir múltiples factores simultáneamente, como la posición y el impulso de un objeto, es mucho más desafiante.
En un artículo de investigación publicado por el Dr. Estudios de revisión física.El Dr. Le Bin Ho, de la Universidad de Tohoku, explora la eficacia de las técnicas de compresión para aumentar la precisión de las mediciones en sistemas cuánticos con múltiples factores. El análisis proporciona conocimientos teóricos y numéricos que ayudan a identificar mecanismos para lograr la máxima precisión en estas mediciones complejas.
“El objetivo de la investigación es cómo se puede utilizar la compresión cuántica en situaciones de medición más complejas que implican múltiples pasos de estimación”, dijo Le. “Al descubrir cómo lograr el más alto nivel de precisión, podemos allanar el camino para nuevos avances tecnológicos en detección e imágenes cuánticas”.
La investigación examinó una situación en la que un campo magnético tridimensional interactúa con una parte de un sistema cuántico uniforme de dos niveles. En el caso ideal, la precisión de la medición puede ser tan exacta como sea teóricamente posible. Sin embargo, estudios anteriores han tenido dificultades para explicar cómo funciona esto, especialmente en situaciones del mundo real donde sólo un aspecto logra un entrelazamiento cuántico completo.
Esta investigación tendrá implicaciones de gran alcance. Al hacer que las mediciones cuánticas sean más precisas para múltiples fases, se podrían hacer avances significativos en varias tecnologías. Por ejemplo, las imágenes cuánticas podrían producir imágenes más nítidas, el radar cuántico podría detectar objetos con mayor precisión y los relojes atómicos podrían volverse más precisos, mejorando el GPS y otras tecnologías sensibles al tiempo. En biofísica, esto podría conducir a avances en técnicas como la resonancia magnética y aumentar la precisión de las mediciones moleculares y celulares, mejorando la sensibilidad de los biosensores utilizados para detectar enfermedades.
“Nuestros hallazgos contribuyen a una comprensión más profunda de los mecanismos detrás de la mejora de la precisión de las mediciones en la detección cuántica”, añade Le. “Esta investigación no sólo traspasa los límites de la ciencia cuántica, sino que también sienta las bases para la próxima generación de tecnología cuántica”.
De cara al futuro, Le espera explorar cómo cambia este proceso con diferentes tipos de ruido y formas de reducirlo.