I ricercatori che lavorano a Singapore e negli Stati Uniti hanno scoperto che tutti gli stati entangled di due particelle hanno una classica "impronta digitale". Questa svolta potrebbe aiutare gli ingegneri a proteggersi da errori e dispositivi che non fanno ciò che promettono nel calcolo quantistico e nella crittografia quantistica.

Goh Koon Tong e Valerio Scarani al Centre for Quantum Technologies della National University of Singapore, con Andrea Coladangelo al California Institute of Technology, segnalato in Comunicazioni sulla natura il 26 maggio che un semplice insieme di misurazioni può fungere da controllo di identità per qualsiasi stato entangled di due particelle. La presenza di questa impronta digitale potrebbe aiutare a certificare computer quantistici o dispositivi di crittografia quantistica acquistati da terze parti.

Uno stato quantistico entangled è costituito da due o più particelle contenute in una moltitudine di risultati indecisi. Tali stati sono carburante per l'informatica quantistica e portano sicurezza alla comunicazione quantistica. Il problema è, è difficile verificare che questi stati abbiano le proprietà che ci si aspetta da loro. Ciò lascia la porta aperta a dispositivi mal funzionanti.

"Mi piace vedere il nostro lavoro come portare la potenza di testare i dispositivi quantistici ai consumatori che li usano. Attualmente, solo chi costruisce i dispositivi o ne comprende l'aspetto ingegneristico può eseguire il test, " dice Goh. I fisici quantistici potrebbero anche utilizzare questo strumento di "autotest" come fase di controllo negli esperimenti di laboratorio.

Il lavoro si basa sui risultati di altri gruppi, estendendo i risultati per i qubit ai qudit più esotici. I qudit sono bit quantistici di dimensioni superiori. Piuttosto che memorizzare solo un bit binario di informazioni - uno 0 o 1 - un qudit ha una maggiore densità di informazioni, memorizzare uno 0, 1, 2, 3, 4, ecc. Tali stati, anche se difficile da realizzare, sono interessanti perché potrebbero accelerare alcune attività di elaborazione o comunicazione.

L'idea dell'autotest è significativa perché è generalmente difficile ottenere molte informazioni sullo stato quantistico di una particella. Lo stato di una particella è descritto da una "funzione d'onda" che codifica le probabilità per le varie proprietà della particella, come la polarizzazione o il momento. Per essere sicuri di uno stato quantico, devi conoscere l'intera funzione d'onda. Però, c'è un problema qui. La misurazione dello stato quantistico rivela un solo valore, non l'intera serie di possibilità.

Il modo tradizionale per cercare di apprendere lo stato quantico completo prevede una tecnica chiamata tomografia. Ciò richiede la misurazione di molte copie dello stato quantistico in modi diversi, contando tutti i risultati delle varie misurazioni per fornire un insieme completo di probabilità. Implica anche un laborioso processo di caratterizzazione dei dispositivi di misurazione e di allineamento con la sorgente delle particelle quantistiche.

L'autodiagnosi è più efficiente, richiedono meno misurazioni. È anche "indipendente dal dispositivo", o come la tomografia alla cieca - che non necessita di caratterizzazione del dispositivo di misurazione, purché sia ​​garantito che il dispositivo rilevi la maggior parte delle particelle. Questo perché l'impronta digitale è un modello di risultati attraverso le misurazioni delle due particelle che potrebbero essere create in modo coerente solo dalle strane correlazioni nello stato quantistico, non per un processo classico o per caso. Vedere questo schema significa quindi che lo stato quantico deve essere presente.

Il famoso "esperimento CHSH" in fisica quantistica è un esempio di fingerprinting per uno stato quantistico di due qubit. Per dimostrare che i test delle impronte digitali esistono per tutti gli stati a due qudit, gli autori hanno mostrato che questi stati possono essere considerati come composti da blocchi di sistemi a due livelli, simile ai qubit. Anche meglio, questa equivalenza matematica indica quali misurazioni sono necessarie, anche se non è ancora chiaro se siano sperimentalmente amichevoli da effettuare.

Il team spera che questa scoperta motiverà una nuova ondata di ricerca per trovare modi semplici per incorporare questo controllo in esperimenti o dispositivi. Finora, i segnali sono buoni. "Di tutto il mio lavoro negli ultimi cinque anni, questo ha attirato la maggior attenzione, " dice Scarani. Oltre a sentire i colleghi interessati al risultato, è stato invitato a tenere una conferenza sull'autotest a QCrypt, una conferenza annuale sulla crittografia quantistica che si terrà quest'anno nel Regno Unito a settembre.