Fermilab instala el primer componente de su nuevo acelerador PIP-II

El Laboratorio Nacional Fermi (Fermilab) ha alcanzado un hito significativo en su programa de investigación de neutrinos con la instalación del primer componente de la línea de haz del nuevo acelerador lineal PIP-II. Este acelerador, una vez completado, será fundamental para potenciar futuros experimentos de neutrinos, consolidando la posición de Fermilab como un centro líder en física de partículas. El PIP-II (Proton Improvement Plan-II) está diseñado para ser un acelerador de partículas de última generación, capaz de producir un haz de protones de alta intensidad y energía. Este haz será crucial para generar flujos de neutrinos más potentes, lo que permitirá a los científicos estudiar con mayor precisión las propiedades fundamentales de estas partículas elusivas. La instalación de este primer componente marca el inicio de la fase de ensamblaje en el túnel que albergará el acelerador.

Probabilidad de 'steering' cuántico en estados de dos cúbits

Investigadores han cuantificado la probabilidad de observar el fenómeno de 'steering' cuántico en estados genéricos de dos cúbits. El 'steering' es una manifestación de entrelazamiento donde las mediciones realizadas por una parte influyen en los estados condicionales de otra, sin que las correlaciones puedan explicarse por un modelo de estados ocultos locales. Este estudio aborda la pregunta de cuán común es este comportamiento en sistemas cuánticos, lo que es crucial para el desarrollo de tecnologías de información cuántica. El equipo derivó expresiones analíticas para la probabilidad de 'steering' ($\mathcal{P}_S$) en estados de Werner para escenarios con dos y tres configuraciones de medición, restringiendo el último caso a mediciones proyectivas coplanares en la esfera de Bloch. Para un mayor número de configuraciones y diversos conjuntos de estados aleatorios, se realizaron análisis numéricos que mostraron que $\mathcal{P}_S$ aumenta sistemáticamente con el número de mediciones. Además, esta probabilidad supera sustancialmente las probabilidades asociadas con la no localidad de Bell. Los resultados indican que los estados aleatorios con un acoplamiento ambiental mínimo exhiben una alta probabilidad de 'steering' para un número finito de mediciones ($m$), acercándose a una tipicidad genuina, donde $\mathcal{P}_S = 100\%$, a medida que el número de configuraciones aumenta. El estudio proporciona una caracterización detallada de $\mathcal{P}_S$ en diferentes conjuntos de estados y familias específicas, como los estados de Werner y los diagonal-Bell, identificando aquellos con mayor potencial no clásico y destacando su relevancia para protocolos donde el 'steering' es un recurso clave en comunicación y computación cuántica.

Plaquette: Plataforma para diseñar ordenadores cuánticos tolerantes a fallos

Investigadores han desarrollado Plaquette, una plataforma teórica y de software diseñada para evaluar el rendimiento lógico de arquitecturas de computación cuántica tolerantes a fallos (FTQC) a partir de las imperfecciones físicas de los dispositivos. Esta herramienta aborda una necesidad crítica en el desarrollo de ordenadores cuánticos, donde la supresión de errores es fundamental. Plaquette permite a los equipos de hardware tomar decisiones informadas sobre qué imperfecciones mitigar, ofreciendo una visión precisa de cómo el ruido real del hardware afecta el rendimiento lógico de un FTQC. A diferencia de los modelos estocásticos de Pauli utilizados por simuladores escalables de estabilizadores, Plaquette considera una gama más amplia de fuentes de ruido que son comunes en los cúbits físicos. Esto incluye la fuga de estados computacionales en cúbits superconductores, la dispersión a través de estados intermedios en átomos neutros, el calentamiento en iones atrapados debido a la absorción de fonones y los errores coherentes por calibraciones incorrectas. La plataforma permite especificar modelos de error de hardware mediante operadores de Kraus, dinámicas de Hamiltonianos-Lindblad o canales cuánticos reconstruidos experimentalmente, compilándolos automáticamente para diferentes clases de muestreadores. Plaquette incorpora muestreadores como el de estabilizadores para ruido de Pauli, el nuevo muestreador XPauli para fugas y sectores ambientales, muestreadores casi-Clifford para errores coherentes y simulaciones de estado completo para cálculos de referencia exactos. La validación de los muestreadores XPauli y casi-Clifford contra simulaciones de estado completo ha demostrado su precisión, coincidiendo dentro de la incertidumbre estadística, mientras que la "Pauli twirling" puede ser insuficiente dependiendo del modelo de error. La herramienta se ha demostrado en tres modelos de error específicos: fugas en cúbits superconductores, dispersión de estados intermedios en átomos neutros y calentamiento en iones atrapados. La discrepancia entre las simulaciones de Plaquette y las simulaciones que solo consideran errores de Clifford varía según la plataforma y el proceso de ruido. Esto subraya la importancia de utilizar la simulación más precisa disponible para obtener umbrales fiables, presupuestos de error y estimaciones de sobrecarga. Plaquette ofrece un camino directo desde la física de sistemas abiertos de un dispositivo hasta la evaluación del rendimiento lógico del FTQC construido sobre él, facilitando el avance hacia ordenadores cuánticos robustos y funcionales.

Demostrada la distribución cuántica de claves robusta con fotones de alta dimensión

Investigadores han demostrado experimentalmente un protocolo robusto de distribución cuántica de claves (QKD) unidireccional independiente del dispositivo (1sDI-QKD) utilizando fotones entrelazados en su grado de libertad espacial transversal. Este avance aborda las limitaciones prácticas de QKD, que incluyen la susceptibilidad al ruido y las pérdidas en la comunicación. El protocolo propuesto se basa en el entrelazamiento de alta dimensión y aprovecha el fenómeno del *quantum steering* para certificar la seguridad, lo que permite tasas de clave secreta positivas incluso en condiciones adversas. El estudio desarrolla un análisis de seguridad sistemático para protocolos 1sDI-QKD de alta dimensión, evaluando las tasas de clave secreta alcanzables para diferentes configuraciones de medida y dimensiones del sistema. Los resultados teóricos indican que aumentar la dimensión mejora significativamente la robustez del protocolo frente al ruido y las pérdidas. Para la implementación experimental, el equipo desarrolló una fuente de entrelazamiento fotónico de alta calidad y un dispositivo de medida multi-resultado totalmente programable, capaz de operar hasta en 11 dimensiones. Estos componentes permitieron obtener tasas de clave positivas para todas las dimensiones investigadas, con las tasas más altas logradas para una dimensión d=7, bajo la suposición de muestreo justo. Este trabajo representa un paso crucial hacia la implementación práctica de QKD con seguridad incondicional. La capacidad de operar en dimensiones elevadas confiere una mayor resistencia a las imperfecciones de los dispositivos y a las condiciones ruidosas o con pérdidas del canal de comunicación. Aunque la demostración actual se basa en la suposición de muestreo justo, los autores discuten los pasos necesarios para una implementación libre de *loopholes* en regímenes realistas de pérdida y ruido, abriendo el camino para futuras aplicaciones en comunicaciones cuánticas seguras.