{"id":2038,"date":"2021-03-16T09:39:59","date_gmt":"2021-03-16T12:39:59","guid":{"rendered":"https:\/\/icc.fcen.uba.ar\/?p=2038"},"modified":"2022-03-29T10:28:53","modified_gmt":"2022-03-29T13:28:53","slug":"el-estudio-de-la-informacion-cuantica-resulta-un-interrogante-central-para-la-computacion","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/icc.fcen.uba.ar\/en\/el-estudio-de-la-informacion-cuantica-resulta-un-interrogante-central-para-la-computacion\/","title":{"rendered":"El estudio de la informaci\u00f3n cu\u00e1ntica resulta un interrogante central para la computaci\u00f3n"},"content":{"rendered":"

Investigadores del Grupo QuICC (Quantum Information, Computation, and Communication)<\/i> exploran, entre otros temas, qu\u00e9 problemas pueden ser resueltos computacionalmente y con qu\u00e9 eficiencia desde la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica. En este enorme desaf\u00edo se encuentra el estudio de las propiedades y correlaciones espec\u00edficas, que muestran los sistemas cu\u00e1nticos a diferencia de la computaci\u00f3n cl\u00e1sica.<\/strong><\/p>\n

Desde hace varias d\u00e9cadas los cient\u00edficos descubrieron una forma completamente nueva de procesar y almacenar la informaci\u00f3n posibilitada por propiedades exclusivas de la f\u00edsica cu\u00e1ntica tales como la superposici\u00f3n de estados y la existencia de correlaciones sin an\u00e1logo en la computaci\u00f3n cl\u00e1sica. Pero antes de adentrarse en el \u00e1rea de la cu\u00e1ntica, ser\u00eda importante comprender primero, \u00bfqu\u00e9 es la informaci\u00f3n cu\u00e1ntica? Se trata del \u00e1rea que estudia el procesamiento de informaci\u00f3n codificada en sistemas cu\u00e1nticos, explotando las propiedades peculiares que exhiben estos sistemas tales como la superposici\u00f3n (<\/span>ver nota anterior del ICC<\/span><\/a>), el entrelazamiento y la no-localidad.<\/span><\/p>\n

\u201c<\/span>Una de las l\u00edneas de investigaci\u00f3n que venimos trabajando es la de determinar si ciertos problemas que aparecen t\u00edpicamente en informaci\u00f3n cu\u00e1ntica son o no son computables, es decir si son algor\u00edtmicamente decidibles. Esto significa si la computadora puede dar una respuesta (efectiva) y si puede darla, buscar un algoritmo (eficiente) que optimice los recursos que tenemos para dar la respuesta a ese problema en el menor tiempo posible y con la menor cantidad de memoria necesaria<\/span><\/i>\u201d, puntualiza <\/span>Guido Bellomo<\/b>, investigador del ICC en el grupo<\/span> QuICC<\/span><\/a> (<\/span>Quantum Information, Computation and Communication<\/span><\/i>).<\/span><\/p>\n

El problema es complejo y ha estado en el centro de las preocupaciones de la disciplina. No obstante, a pesar de que diversos investigadores en Computaci\u00f3n Cu\u00e1ntica est\u00e1n avanzando en su desarrollo, a\u00fan queda mucho camino por recorrer.<\/span><\/p>\n

Por ejemplo, los investigadores del grupo -perteneciente al ICC- a\u00fan no saben con certeza si es computable determinar si a partir de un dado n\u00famero de copias de un estado cu\u00e1ntico es posible extraer un entrelazamiento puro. O en otras palabras, \u201cdestilar\u201d un entrelazamiento. Puntualmente, el entrelazamiento cu\u00e1ntico es un fen\u00f3meno sin equivalente cl\u00e1sico, en el cual los estados cu\u00e1nticos de dos o m\u00e1s objetos se deben describir mediante un estado \u00fanico que involucra a todos los objetos del sistema, aun cuando los objetos est\u00e9n separados espacialmente. Esto lleva a correlaciones entre las propiedades f\u00edsicas observables.<\/span><\/p>\n

\u201c<\/span>Tal como se\u00f1alamos, se busca formular algunas preguntas relevantes en informaci\u00f3n cu\u00e1ntica como problemas de decisi\u00f3n, donde uno tenga una respuesta si-no. Muchas veces responder si un estado es destilable en un sistema f\u00edsico de pocas part\u00edculas, de baja dimensi\u00f3n, es sencillo. Uno lo puede hacer con l\u00e1piz y papel. Pero cuando vamos escalando y trabajando con sistemas de mayor tama\u00f1o, de mayor dimensi\u00f3n, obviamente tenemos que recurrir a computadoras para saber si podemos generar una operaci\u00f3n de transformaci\u00f3n sobre los estados cu\u00e1nticos o si un estado est\u00e1 entrelazado o no<\/span><\/i>\u201d, complementa Bellomo. El proyecto del investigador, dirigido por Santiago Figueira y en colaboraci\u00f3n estrecha con Ariel Bendersky, se enfoca entonces en el estudio de la computabilidad de problemas de informaci\u00f3n cu\u00e1ntica.<\/span><\/p>\n

Posibles aplicaciones de la informaci\u00f3n cu\u00e1ntica<\/b><\/p>\n

Uno de los v\u00ednculos m\u00e1s directos en el avance de estas investigaciones es la aplicaci\u00f3n en criptograf\u00eda y procesamiento de la informaci\u00f3n para comunicaciones m\u00e1s seguras. En este sentido, el entrelazamiento cu\u00e1ntico y la no-localidad, son herramientas b\u00e1sicas que se proponen a la hora de dise\u00f1ar los nuevos protocolos criptogr\u00e1ficos.\u00a0<\/span><\/p>\n

Para entenderlo en otros t\u00e9rminos: existe la propiedad de la localidad, en el sentido de que algo que ocurre en un lugar no deber\u00eda afectar a cualquier cosa que suceda en un lugar lejano, a no ser que se env\u00ede una se\u00f1al de un lugar a otro (como m\u00e1ximo a la velocidad de la luz) que pueda producir un cambio en este \u00faltimo. La otra posibilidad, la no localidad, implica que ambas part\u00edculas siguen vinculadas (entrelazadas) a pesar de la separaci\u00f3n espacial.\u00a0<\/span><\/p>\n

\u201c<\/span>Poder caracterizar adecuadamente cu\u00e1ndo los sistemas f\u00edsicos, de los que disponemos, tienen un cierto grado de entrelazamiento, o tienen un cierto grado de no-localidad, si son o no son locales, es de vital importancia para llevar a cabo protocolos m\u00e1s seguros de criptograf\u00eda cu\u00e1ntica<\/span><\/i>\u201d, explica Bellomo.<\/span><\/p>\n

El t\u00edpico ejemplo de estos avances es el algoritmo de factorizaci\u00f3n de n\u00fameros naturales (<\/span>ver nota anterior del ICC<\/span><\/a>). Resulta un algoritmo cu\u00e1ntico eficiente para esta factorizaci\u00f3n, que consiste en la b\u00fasqueda de los factores primos de un n\u00famero natural, es decir, n\u00fameros m\u00e1s peque\u00f1os que s\u00f3lo son divisibles por 1 y por si mismos. Todo ello teniendo en cuenta que a\u00fan no se ha encontrado ning\u00fan algoritmo eficiente de la computaci\u00f3n cl\u00e1sica que pueda dar una soluci\u00f3n a este problema.<\/span><\/p>\n

\u00bfPor qu\u00e9 ser\u00edan importantes estos avances? Porque mejoran sustancialmente los protocolos criptogr\u00e1ficos y de comunicaciones. \u201c<\/span>Hay protocolos que aprovechan la no-localidad, y son muy poderosos porque en ese enfoque no estamos asumiendo que los dispositivos u objetos de la naturaleza se comportan como dice la cu\u00e1ntica<\/span><\/i>\u201d, detalla el investigador del ICC. Esta apreciaci\u00f3n de que la naturaleza se comporta de manera no-local, se observa en el famoso teorema de las desigualdades de John S. Bell (1964), el cual sirvi\u00f3 para cuantificar matem\u00e1ticamente las implicaciones planteadas te\u00f3ricamente en la paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen y permitir as\u00ed su demostraci\u00f3n experimental. El teorema supuso la consagraci\u00f3n definitiva de la f\u00edsica cu\u00e1ntica frente a otras teor\u00edas.<\/span><\/p>\n

Antecedentes relevantes<\/b><\/p>\n

\"\"

Guido Bellomo<\/p><\/div>\n

Guido Be<\/span>llomo ha trabajado en colaboraci\u00f3n con el Instituto de F\u00edsica (IFLP) de la Universidad Nacional de La Plata, fundamentalmente para determinar, en un dado escenario experimental y con acceso a cierta familia de estados, cu\u00e1les son los recursos \u00f3ptimos, en t\u00e9rminos del entrelazamiento u otras caracter\u00edsticas de las correlaciones cu\u00e1nticas. De all\u00ed, durante su doctorado, surgi\u00f3 una significativa colaboraci\u00f3n con los investigadores Mart\u00edn Bosyk y Federico Holik, investigadores del IFLP; C\u00e9sar Massri del IMAS (Instituto de Investigaciones Matem\u00e1ticas, Exactas-UBA-CONICET); H\u00e9ctor Freytes y Giuseppe Sergioli, de la Universidad de Cagliari, Italia. Links a las publicaciones: <\/span>https:\/\/iopscience.iop.org\/article\/10.1088\/1367-2630\/ab3734\/pdf<\/span><\/a> https:\/\/iopscience.iop.org\/article\/10.1088\/1751-8121\/ab8674\/meta<\/span><\/a><\/p>\n

Al mismo tiempo, cabe recalcar otros trabajos de Bellomo, Bendersky y Figueira m\u00e1s vinculados con los fundamentos de la cu\u00e1ntica, en colaboraci\u00f3n con Ignacio Perito (quien reci\u00e9n obtuvo su doctorado en F\u00edsica en el Departamento de F\u00edsica, Exactas-UBA), Augusto Roncaglia (investigador del Departamento de F\u00edsica, Exactas-UBA) y Daniel Galicer (investigador del IMAS, UBA-CONICET). En ese encuentro surgi\u00f3 una destacada publicaci\u00f3n en Physical Review A: <\/span>https:\/\/journals.aps.org\/pra\/abstract\/10.1103\/PhysRevA.102.052207<\/span><\/a>. Y existe actualmente otro interesante trabajo, tambi\u00e9n sobre correlaciones cu\u00e1nticas, en proceso de evaluaci\u00f3n en la misma revista:<\/span> https:\/\/arxiv.org\/abs\/2010.04795<\/span><\/a>.<\/span><\/p>\n<\/div><\/div><\/div><\/div><\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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