(Phys.org)—Il problema del punto di cambiamento è un concetto nelle statistiche che compare in un'ampia varietà di situazioni del mondo reale, dai mercati azionari al ripiegamento delle proteine. L'idea è quella di rilevare il punto esatto in cui si è verificato un cambiamento improvviso, che potrebbe indicare, Per esempio, l'innesco di una crisi finanziaria o di una fase proteica mal ripiegata.

Ora in un nuovo articolo pubblicato su Lettere di revisione fisica , i fisici Gael Sentís et al . hanno portato il problema del punto di cambiamento nel dominio quantistico.

"Il nostro lavoro stabilisce un importante punto di riferimento nella teoria dell'informazione quantistica portando uno strumento fondamentale dell'analisi statistica classica in una configurazione completamente quantistica, "Senti, presso l'Università dei Paesi Baschi a Bilbao, Spagna, detto Phys.org .

"Con un numero sempre crescente di applicazioni promettenti delle tecnologie quantistiche in tutti i tipi di elaborazione dei dati, costruire un insieme di strumenti statistici quantistici in grado di affrontare problemi pratici del mondo reale, di cui il rilevamento del punto di modifica è un esempio lampante, sarà determinante. Nel nostro giornale, dimostriamo i principi di funzionamento del rilevamento quantistico dei punti di cambiamento e facilitiamo le basi per ulteriori ricerche sui punti di cambiamento negli scenari applicati".

Sebbene i problemi relativi ai punti di cambiamento possano affrontare situazioni molto complesse, possono essere comprese anche con il semplice esempio di giocare a Testa o Croce. Questo gioco inizia con una moneta equa, ma in un punto sconosciuto del gioco la moneta viene scambiata con una distorta. Analizzando statisticamente i risultati di ogni lancio di moneta dall'inizio, è possibile determinare il punto più probabile in cui la moneta è stata cambiata.

Estendendo questo problema al regno quantistico, i fisici hanno osservato un dispositivo quantistico che emette particelle in un certo stato, ma a un certo punto sconosciuto la sorgente inizia a emettere particelle in uno stato diverso. Qui il problema del punto di cambiamento quantistico può essere inteso come un problema di discriminazione dello stato quantistico, poiché determinare quando è avvenuto il cambiamento nella sorgente equivale a distinguere tra tutte le possibili sequenze di stati quantistici delle particelle emesse.

I fisici possono determinare il punto di cambiamento in questa situazione in due modi diversi:o misurando lo stato di ciascuna particella non appena arriva al rivelatore (una "misurazione locale"), oppure aspettando che tutte le particelle abbiano raggiunto il rivelatore ed effettuando una misurazione alla fine (una "misurazione globale").

Sebbene il metodo di misurazione locale sembri interessante perché può potenzialmente rilevare il punto di cambiamento non appena si verifica senza attendere l'emissione di tutte le particelle, i ricercatori hanno scoperto che le misurazioni globali superano anche le migliori strategie di misurazione locali.

L'"inghippo" è che le misurazioni globali sono più difficili da realizzare sperimentalmente e richiedono una memoria quantistica per memorizzare gli stati quantistici quando arrivano al rivelatore uno per uno. I metodi di misurazione locale non richiedono una memoria quantistica, e invece può essere implementato utilizzando dispositivi molto più semplici in sequenza. Poiché il rilevamento globale richiede una memoria quantistica, i risultati mostrano che il rilevamento del punto di cambiamento è un altro dei tanti problemi per i quali i metodi quantistici superano tutti quelli classici.

"Ci aspettavamo che le misurazioni globali avrebbero aiutato, poiché le operazioni quantistiche coerenti tendono a sfruttare risorse veramente quantistiche e generalmente superano le operazioni locali in molti compiti di elaborazione delle informazioni, " Sentis ha detto. "Tuttavia, questo è un vantaggio caso-dipendente, e talvolta bastano strategie locali sofisticate e intelligenti per colmare il divario. Il fatto che qui ci sia un divario di prestazioni finito dice qualcosa di fondamentale sul rilevamento del punto di cambiamento negli scenari quantistici".

I risultati hanno potenziali applicazioni in qualsiasi situazione che comporti l'analisi dei dati raccolti nel tempo. Il rilevamento del punto di modifica viene spesso utilizzato anche per dividere un campione di dati in sottocampioni che possono essere analizzati individualmente.

"La capacità di rilevare con precisione i punti di cambiamento quantistico ha un impatto immediato su qualsiasi processo che richieda un attento controllo delle informazioni quantistiche, " Sentis ha detto. "Può essere considerato un dispositivo di test di qualità per qualsiasi attività di elaborazione delle informazioni che richiede (o produce) una sequenza di stati quantistici identici. Le applicazioni possono variare dal rilevamento delle fibre ottiche quantistiche al rilevamento dei confini nei sistemi a stato solido".

Nel futuro, i ricercatori hanno in programma di esplorare le numerose applicazioni del rilevamento del punto di cambiamento quantistico.

"Abbiamo in programma di estendere i nostri metodi teorici per affrontare scenari più realistici, " Sentis ha detto. "Le possibilità sono innumerevoli. Alcuni esempi di generalizzazioni che stiamo esplorando sono molteplici punti di cambiamento, stati quantistici rumorosi, e rilevamento dei punti di cambiamento nelle configurazioni ottiche."