El hallazgo podría simplificar las
comunicaciones encriptadas
Científicos de China y Singapur han
descubierto un tipo de estados cuánticos, en los cuales se pueden deducir
ciertas características a partir de otras más fáciles de observar. Además, esta
nueva categoría de estados permitirá reducir el número de partículas
entrelazadas necesarias para realizar una tarea. Todo ello podría simplificar
los procesos de criptografía cuántica.
Comunicación entre Alice y Bob, en la que Charlie verifica la identidad de los comunicantes. Fuente: Scientific Reports. |
Las partículas que forman estados
cuánticos pueden estar correlacionadas de tres maneras principales, que no son
incompatibles entre sí: entrelazadas, dirigidas y violando el realismo local.
Las tres son propiedades parecidas, pero matemáticamente no tienen el mismo
significado.
El entrelazamiento, la correlación más
conocida, consiste en que dos o más partículas se influyen mutuamente a una
velocidad mayor que la luz; la correlación dirigida significa que (al menos) una
de esas partículas controla a la otra -es decir, que medir una hace que la otra
colapse-; por último, que el estado cuántico viole el "realismo local" consiste
en que dichas partículas incumplan o bien el localismo, es decir, la propiedad
típica de los objetos macroscópicos de estar afectados solo por los objetos de
los alrededores, o bien el realismo, es decir, que existan aunque no sean
observadas.
Estos tres tipos de correlaciones
siguen un orden jerárquico, es decir, que los estados cuánticos que violan el
realismo local, poseen a su vez la propiedad de que las partículas que lo forman
se "dirigen" unas a otras. A su vez, los que cumplen esta propiedad, también
están entrelazados. Sin embargo, determinar qué tipo de estados cumplen una o
varias de estas propiedades no es sencillo.
Hasta ahora, se había demostrado que
todos los estados cuánticos puros entrelazados violan el realismo local (teorema
de Gisin). Sin embargo, la gran mayoría de los estados cuánticos en la
naturaleza no son puros, sino mixtos o impuros (discordantes).
Ahora, científicos de China y Singapur
han demostrado que en todos los estados mixtos multi-qubit (multi-partícula) en
los que al menos dos observadores (elementos o partículas del sistema) pueden
dirigir los qubits de los otros observadores haciéndolos colapsar a estados
puros sencillos -haciendo mediciones en su propio qubit-, la no existencia del
realismo local es equivalente al entrelazamiento cuántico (es decir, que si las
partículas están entrelazadas, y además hay dos de ellas que dirigen a las
demás, el estado en conjunto viola el realismo local).
Aplicaciones
Esta nueva categoría de estados,
explican los científicos en un artículo que se publicará en Scientific Reports,
del grupo Nature, permitirá reducir el número de partículas entrelazadas
necesarias para realizar una tarea.
Un ejemplo es el protocolo del "tercer
hombre" en criptografía, también llamado "intercambio secreto", en el que un
tercero puede controlar si dos personas pueden comunicarse en secreto entre
ellas. Las versiones anteriores de este protocolo requieren tres qubits
entrelazados, pero debido a que la seguridad de los estados entrelazados de tres
partículas se encuentra todavía por debajo del 90%, es muy propenso a errores.
Usando los nuevos estados descritos en
el artículo, explica Phys.org, el protocolo puede ser implementado con sólo dos
qubits entrelazados, que tiene una fidelidad de más del 99% y por lo tanto una
tasa de error mucho menor.
Otra aplicación potencial es la
autorización por certificado cuántica, en la que una persona que envía un
mensaje confidencial a través de Internet a otra persona puede pedir a un
tercero que verifique la identidad de esa persona. Una manera de hacerlo es
comprobando que tanto el emisor como el receptor pueden dirigir los qubits del
otro a estados puros. Si pueden hacer eso, los estados entrelazados deben violar
el realismo local, lo que garantiza un protocolo seguro.
Los físicos planean utilizar esta nueva
familia de estados cuánticos mixtos para desarrollar experimentalmente estos
protocolos en un futuro próximo.
Referencia bibliográfica:
Jing-Ling Chen, Hong-Yi Su, Zhen-Peng Xu, Yu-Chun Wu, Chunfeng Wu, Xiang-Jun Ye, Marek Zukowski, L. C. Kwek: Beyond Gisin's Theorem and its Applications: Violation of Local Realism by Two-Party Einstein-Podolsky-Rosen Steering. arXiv:1404.2675v4.
http://sabiens2.blogspot.com
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