USTC: El tiempo se invierte con una nueva técnica de entrada-salida

Un equipo de investigación liderado por el académico GUO Guangcan, el Prof. LI Chuanfeng y el Prof. LIU Biheng de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) de la Academia China de Ciencias (CAS), en colaboración con el Prof. Giulio Chiribella de la Universidad de Hong Kong, construyó una superposición coherente de evolución cuántica con dos direcciones opuestas en un sistema fotónico y confirmó su ventaja en la caracterización de la indefensión de entrada-salida. Su estudio fue publicado en Physical Review Letters.

La idea de que el tiempo fluye inexorablemente del pasado al futuro está profundamente arraigada en la mente de las personas. Sin embargo, las leyes de la física que gobiernan el movimiento de los objetos en el mundo microscópico no distinguen deliberadamente la dirección del tiempo. Para ser más específicos, las ecuaciones básicas de movimiento de la mecánica clásica y cuántica son reversibles, y cambiar la dirección del sistema de coordenadas de tiempo de un proceso dinámico (posiblemente junto con la dirección de algunos otros parámetros) todavía constituye un proceso de evolución válido. Esto se conoce como simetría de inversión temporal. En la ciencia de la información cuántica, la inversión temporal ha despertado un gran interés debido a sus aplicaciones en estados cuánticos multitemporales, simulaciones de curvas de tiempo similares a las curvas de tiempo y la inversión de evoluciones cuánticas desconocidas. Sin embargo, la inversión temporal es difícil de realizar experimentalmente.

Para abordar este problema, el equipo construyó una clase de procesos de evolución cuántica en una configuración fotónica extendiendo la inversión temporal a la inversión de entrada-salida del dispositivo cuántico. Al intercambiar los puertos de entrada y salida de un dispositivo cuántico, la evolución resultante satisfizo las propiedades de inversión temporal de la evolución inicial, obteniendo así un simulador de inversión temporal para la evolución cuántica. Sobre esta base, el equipo cuantificó aún más la dirección del tiempo de evolución, logrando la superposición coherente de la evolución cuántica y su evolución inversa. También caracterizaron las estructuras utilizando técnicas de testigos cuánticos.

En comparación con el escenario de una dirección de tiempo de evolución definida, la cuantificación de la dirección del tiempo mostró ventajas significativas en la identificación del canal cuántico. En este estudio, los investigadores utilizaron el dispositivo para distinguir entre dos conjuntos de canales cuánticos con una probabilidad de éxito del 99,6%, mientras que la probabilidad de éxito máxima de una estrategia de dirección de tiempo definida fue solo del 89% con el mismo consumo de recursos.

El estudio reveló el potencial de la indefensión de entrada-salida como un recurso valioso para los avances en la información cuántica y las tecnologías cuánticas fotónicas.