Entanglement: sviluppato un nuovo metodo per quantificarlo

Un team di ricercatori ha sviluppato un metodo per quantificare l’entanglement quantistico utilizzando i “testimoni” ovvero gli (EW) normalizzati in vari scenari sperimentali. Questo progresso ha consentito la stima dei limiti inferiori sulle misure e può distinguere in modo più efficace tra stati entangled e separabili.

Cosa sono i testimoni dell’entanglement (EW)?

I testimoni dell’entanglement (EW), in fisica quantistica, sono delle quantità osservabili che permettono di rilevare la presenza o l’assenza dello stesso in un sistema quantistico. In parole semplici, fungono da indicatori per capire se due o più particelle sono correlate in modo quantistico, ovvero se condividono lo stesso destino in modo inseparabile.

L’utilità degli EW risiede nella loro semplicità e solidità: possono essere calcolati con formule relativamente semplici e funzionano in svariati scenari sperimentali. Inoltre, sono in grado di distinguere efficacemente tra stati entangled e stati separabili, ovvero stati in cui le particelle non sono correlate quantisticamente.

Il Prof. Sixia Yu, il Ricercatore Associato Liangliang Sun, e Xiang Zhuo dell’Università della Scienza e della Tecnologia della Cina (USTC) dell’Accademia Cinese delle Scienze (CAS), in collaborazione con il Prof. XU Zhenpeng dell’Università di Anhui (AHU) e Armin Tavakoli dell’Università di Lund, hanno proposto un approccio per quantificare l’entanglement utilizzando la procedura standard degli EW in tre scenari sperimentali comuni. Il loro lavoro è stato pubblicato sulla rivista Physical Review Letters.

Due compiti fondamentali nella ricerca sull’entanglement quantistico sono il rilevamento e la quantificazione dello stesso. Gli EW, che sono quantità osservabili negative per gli stati entangled e positivi per gli stati separabili, sono ampiamente utilizzati per rilevare l’entanglement in vari scenari sperimentali per la sua semplicità e le forti capacità di rilevamento. Finora gli EW sono stati utilizzati solo per rilevarne la presenza, rimanendo in silenzio sulla stima della quantità dello stesso presente nello stato.

Il team ha colmato questa lacuna nella ricerca scoprendo che l’EW può essere normalizzato in una distanza di traccia che caratterizza la distinguibilità tra i dati sperimentali generati da un dato stato entangled e da uno stato separabile con misurazioni identiche. La distinguibilità è il nucleo del quantificatore di entanglement e può essere utilizzata per delimitare una varietà di misure comuni.

Nello scenario dei dispositivi fidati, l’EW normalizzato caratterizza la distinguibilità ottimale tra lo stato dato e lo stato separabile. Nello scenario indipendente dal dispositivo (DI), l’EW normalizzato quantifica la distinguibilità ottimale tra le correlazioni quantistiche generate da un dato stato e le correlazioni locali generate da uno stato separabile. Una normalizzazione simile dell’EW si ottiene nello scenario indipendente dal dispositivo di misurazione (MDI).

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Nuove metriche per l’entanglement: stime precise e profonde

Il nuovo quantificatore di entanglement sviluppato dai ricercatori offre un vantaggio significativo: permette di stimare i limiti inferiori di diverse misure basandosi sul valore medio degli EW, indipendentemente dallo scenario sperimentale. In altre parole, essi non si limitano a rivelare la presenza o l’assenza di entanglement, ma forniscono informazioni concrete sulla sua quantità e intensità, superando un limite importante della ricerca precedente.

Per i sistemi multipartiti, inoltre, gli EW normalizzati possono essere utilizzati per stimare la profondità di entanglement, ovvero il numero minimo di particelle implicate nello stato entangled. In particolare, quando il numero di particelle tende all’infinito, questo metodo fornisce un limite inferiore rigoroso che si avvicina asintoticamente al valore esatto.

Conclusioni

Il lavoro dei ricercatori ha ricevuto ampi elogi da parte dei revisori, che ne hanno sottolineato l’importanza e l’impatto potenziale. Essi hanno affermato che il lavoro affronta in modo esauriente una questione importante nella ricerca sull’entanglement quantistico, ovvero la necessità di quantificare lo stesso in modo più preciso e dettagliato.

In particolare, i revisori hanno evidenziato come il nuovo quantificatore consenta agli esperimenti di comprendere una gamma più ampia di misure di entanglement. Ciò rappresenta un vantaggio significativo rispetto ai metodi tradizionali, che si limitavano a rivelare la presenza o l’assenza dello stesso senza fornire informazioni sulla sua quantità o intensità.

L’impatto potenziale di questo lavoro è considerevole. La sua capacità di fornire stime precise e dettagliate dell’entanglement in vari scenari sperimentali apre nuove strade per la ricerca e lo sviluppo di tecnologie quantistiche in svariati campi, come la comunicazione quantistica, la computazione quantistica e la crittografia quantistica.