Matemáticas para mejorar el control cuántico

Existen proyectos de desarrollo de sistemas cuánticos para numerosas aplicaciones, como la medición y el control de alta precisión, la computación y la generación de luz. Un grupo de científicos financiado por la Unión Europea decidió desarrollar métodos nuevos compatibles con el mundo cuántico mediante el trabajo del proyecto «Quantum control and error correction with discrete and continuous variables» (QCEC).

QCEC ha obtenido resultados con implicaciones importantes para los fundamentos de la teoría cuántica, el procesamiento cuántico de la información y el problema fundamental de unificar la teoría cuántica con la relatividad general. Una línea importante de investigación fue el estudio del orden causal, uno de los conceptos más fundamentales del Universo y del tiempo; en esencia, el requisito de que un efecto debe ser posterior a su causa.

Los científicos informaron en Nature Communications que, utilizando un nuevo marco desarrollado, pueden producirse correlaciones cuánticas sin orden causal. También mostraron que, en un límite clásico, siempre se aplica el orden causal, lo cual sugiere que el espacio-tiempo puede surgir de una estructura más fundamental. A partir de esto, se realizó un estudio importante que dio como resultado una formulación operacional de la teoría cuántica sin ninguna estructura de tiempo o causa predefinida. Esta estructura también puede describir algunas relaciones causales exóticas, como las que se espera que existan en el contexto de gravedad cuántica.

Una diferencia importante entre el control cuántico y el clásico es que la propia medida modifica la dinámica del sistema e introduce ruido y componentes no lineales. Los científicos avanzaron de forma importante en el control de la retroalimentación cuántica y la corrección de errores, con lo cual pudieron aportar herramientas nuevas para manipular la información cuántica y protegerla del ruido.

El desarrollo de dispositivos cuánticos para distintas aplicaciones en investigación básica y en la industria se ha convertido en un foco creciente de investigación. Los resultados de QCEC en relación con el orden causal, el control de la retroalimentación y la corrección de errores en sistemas cuánticos no podrían ser más importantes y relevantes; implican descubrimientos fascinantes y permiten presagiar nuevos desarrollos en un futuro próximo.