MADRID, 22 Jun. (EUROPA PRESS) -
La posibilidad de enmascarar información en correlaciones cuánticas entre dos o más sistemas, haciéndola inaccesible pero sin destruirla, resulta imposible en general, con ciertas, excepciones.
La información generalmente se almacena en sistemas físicos, como dispositivos de memoria. Pero en un nuevo estudio, físicos han investigado una forma alternativa de almacenar y ocultar información, que es almacenarla solo en las correlaciones cuánticas entre dos o más sistemas, en lugar de hacerlo en los propios sistemas.
Aunque investigaciones previas han demostrado que es posible enmascarar información clásica, los resultados del nuevo estudio lo descartan de forma general. Eso sí, destacan una importante diferencia entre la información clásica y la cuántica, y, debido a las excepciones, pueden conducir a aplicaciones potenciales para compartir secretamente información cuántica.
Los físicos, Kavan Modi en la Universidad de Monash en Australia, junto con Arun Kumar Pati, Aditi Sen (De) y Ujjwal Sen en el Instituto de Investigación Harish-Chandra en India, han publicado un artículo sobre la imposibilidad de enmascarar la información cuántica en un número reciente de Physical Review Letters.
"La información cuántica difiere de la información clásica en muchos aspectos", dijo Pati a Phys.org. "Los investigadores han reflexionado sobre esta cuestión desde los primeros días de la información cuántica y han presentado varios resultados importantes que no permiten, como los teoremas de no clonación, no eliminación y no ocultación". (En 2007, Pati y el coautor Samuel Braunstein probaron el teorema de no ocultación).
Como sugieren sus nombres, estos teoremas prohibidos prohíben la clonación, eliminación y ocultación de información cuántica, todas operaciones que son admisibles para la información clásica. La diferencia se produce porque los teoremas de no intervención surgen directamente de las leyes fundamentales de la mecánica cuántica y, por lo tanto, no tienen contrapartidas clásicas, lo que sugiere que la información cuántica es, en cierto sentido, más sólida que la información clásica.
El nuevo estudio agrega otro teorema de negación a la lista: el teorema de no enmascaramiento. Los físicos demostraron que es imposible mapear la información cuántica (en forma de estados cuánticos) de un sistema físico, A, a las correlaciones cuánticas entre A y un segundo sistema físico, B, de tal manera que ni A ni B contienen esa información. Es decir, no es posible almacenar completamente la información cuántica en las correlaciones, en cierto sentido, "expandirla" entre los dos sistemas.
"En el proceso de enmascaramiento, hacemos la pregunta: si la información cuántica no está en el subsistema A o en el subsistema B, ¿puede esa información permanecer solo en las correlaciones cuánticas, que Einstein llamó correlaciones 'fantasma'?", dijo Modi. "El enmascaramiento tiene más que ver con el blindaje completo de la información en ambos subsistemas de modo que no es posible leer por A o B. Luego, probamos que si la información cuántica es ciega tanto para los subsistemas A como para B, y nosotros queremos mantener la información oculta solo en las correlaciones fantasma, entonces eso no está permitido por la mecánica cuántica ".
EXCEPCIONES NOTABLES
Aunque el teorema de no enmascaramiento se aplica a estados cuánticos arbitrarios, los físicos también muestran que sorprendentemente un gran número de estados cuánticos especiales son enmascarables. Existen excepciones similares para los teoremas de no clonación y no eliminación, donde también es posible clonar y eliminar ciertos estados cuánticos, como los estados ortogonales. En conjunto, estos resultados muestran lo borroso que es el límite entre la información cuántica y la clásica.
Otra advertencia del teorema de no enmascaramiento es que solo se aplica a dos sistemas. Cuando se incluye un tercer sistema, los físicos muestran que es posible enmascarar cualquier estado cuántico arbitrario. Sin embargo, los científicos señalan que hay formas de evitar este enmascaramiento, al menos parcialmente.
"La colusión entre dos de las partes puede revelar parte de la información cuántica enmascarada mediante el uso de una estrategia llamada códigos de corrección de errores, que se ocupa de la codificación de la información cuántica en estados multipartitas", dijo Sen.
Una consecuencia de los nuevos resultados es que muestran que es imposible diseñar un "protocolo de compromiso de qubits", que generalice los famosos resultados de "compromiso sin compromiso". Esta línea de investigación aborda la pregunta de si es posible que una parte se comprometa a elegir el estado de un bit (0 o 1) o, en el nuevo resultado, un qubit (0, 1 o una superposición de ambos).
Estudios previos han demostrado que el compromiso es imposible por partes, y el nuevo estudio ahora agrega que también es imposible para los qubits. Esto significa que alguien siempre puede hacer trampa simulando elegir un estado qubit, pero luego cambiar. Como explican los físicos, los resultados del compromiso no-bit / qubit tienen implicaciones importantes para el diseño de protocolos de comunicación cuántica seguros.
"Una de las implicaciones más importantes del teorema de no enmascarar es que esto lleva a un nuevo resultado de imposibilidad, a saber, el no-qubit", dijo Pati.
"Dado que no es posible ocultar información solo en las correlaciones, es imposible hacer que Alice y Bob estén cegados a la información cuántica. En otras palabras, dos partes no pueden ser ciegas al mismo tiempo, si la información cuántica está codificada en estados bipartitos. Uno puede ser ciego, pero no ambos. En cualquier caso, la información no puede mantenerse en secreto solo en las correlaciones. Esto es más fuerte que el protocolo de compromiso sin bits".
En el futuro, los físicos planean investigar más a fondo el teorema de no enmascaramiento y sus excepciones: los conjuntos enmascarables y los enmascarados parciales.
"Esto puede ser útil para diseñar protocolos de información cuántica que requieren ocultarse y compartir secretamente información cuántica", dijo Sen.
