Le memorie quantistiche sono dispositivi in ​​grado di memorizzare informazioni quantistiche per un momento successivo, che di solito sono implementati immagazzinando e riemettendo fotoni con determinati stati quantistici. Ma spesso è difficile dire se una memoria stia immagazzinando informazioni quantistiche o semplicemente classiche. In un nuovo documento, i fisici hanno sviluppato un nuovo test per verificare la natura quantistica delle memorie quantistiche.

I ricercatori, Denis Rossetto, Francesco Buscemi, e Yeong-Cherng Liang, hanno pubblicato un articolo sul test della memoria quantistica in un recente numero di Revisione fisica X .

"Le memorie quantistiche sono componenti indispensabili delle reti di comunicazione quantistica a lunga distanza e potenzialmente anche in un computer quantistico a grandezza naturale, "Liang, un fisico alla National Cheng Kung University di Taiwan, detto Phys.org . "Affinché questi componenti servano al loro scopo, è essenziale che possano preservare, almeno, l'entanglement quantistico tra certi input alla memoria e qualunque altra parte che non è entrata nella memoria. Il nostro lavoro trova il giusto equilibrio nel certificare qualsiasi dispositivo che possieda questa capacità facendo le ipotesi minime."

Come spiegano gli scienziati, l'entanglement quantistico tra il sistema archiviato in memoria ed eventuali sistemi remoti non presenti in memoria deve essere mantenuto per l'intero tempo di archiviazione. Se questo groviglio viene rotto in qualsiasi momento, quindi il dispositivo non funziona più come una memoria quantistica ma piuttosto come un "canale per rompere l'entanglement" e di conseguenza può trasmettere solo informazioni classiche.

Sebbene attualmente esistano test in grado di verificare la natura quantistica di una memoria quantistica, questi test hanno alcune limitazioni. Per uno, richiedono allo sperimentatore di fidarsi che i dispositivi di misurazione e preparazione dello stato utilizzati dalla memoria quantistica siano accurati. Per questa ragione, questi test sono chiamati protocolli dipendenti dal dispositivo. Però, un test che non fa supposizioni non può essere "fedele, " significa che potrebbe trascurare alcune vere memorie quantistiche. Questo perché questi metodi testano la violazione di una disuguaglianza di Bell come verifica dell'entanglement, che è sufficiente ma non necessario, poiché alcuni canali genuinamente quantistici non violano le disuguaglianze di Bell e quindi non supererebbero questo test.

Sebbene sarebbe ideale progettare un test completamente indipendente dal dispositivo, i ricercatori spiegano che non è possibile testare una singola memoria in questo modo, anche in linea di principio, a causa della necessità di testare la memoria quantistica in due momenti diversi. Però, il loro nuovo test è indipendente dal dispositivo di misurazione, il che significa che richiede ancora che il dispositivo di preparazione dello stato sia affidabile, ma non è necessario fare ipotesi sul dispositivo di misurazione. Fedele anche il nuovo test, il che significa che può identificare correttamente tutte le memorie quantistiche che funzionano come canali quantistici che non rompono l'entanglement.

Il nuovo test utilizza un framework semiquantistico molto simile a quello utilizzato in alcuni test di entanglement negli stati quantistici, in cui l'entanglement si riferisce a correlazioni nello spazio, in contrasto con l'entanglement simile al tempo nelle memorie quantistiche. I protocolli convenzionali per testare le correlazioni spaziali usano spesso due caratteri, Alice come mittente e Bob come destinatario degli stati quantistici. Ma poiché le memorie quantistiche implicano correlazioni simili al tempo, il protocollo necessita di un solo carattere, che i ricercatori chiamano Abby, agire sia come mittente che come destinatario in momenti diversi. Nel test proposto nel nuovo studio, confrontando le frequenze relative dei segnali che Abby invia e riceve, è possibile stimare l'entanglement di tipo temporale e quindi certificare che una memoria quantistica può immagazzinare informazioni quantistiche.

I ricercatori hanno dimostrato che il nuovo test è robusto contro il rumore e le perdite, e si aspettano che sia possibile eseguire sperimentalmente il test con la tecnologia attuale. Il test fornirebbe quindi uno strumento molto utile per il futuro sviluppo delle memorie quantistiche.

"Nello sviluppo di nuove tecnologie quantistiche, è fondamentale che esista un modo affidabile per confrontare i componenti rilevanti e assicurarsi che funzionino come previsto, " Liang ha detto. "I nostri risultati forniscono un modo per certificare una delle caratteristiche più importanti di questi componenti, assicurandosi che non stiamo facendo più ipotesi del necessario. Con questi test, speriamo che semplifichi le procedure di controllo della qualità dei dispositivi quantistici senza cadere nella trappola di fare ipotesi ingiustificabili".

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