Un nou protocol de classificació de dades quàntiques ens acosta a una futura "internet quàntica"
08/11/2019
Les tecnologies basades en computació i informació quàntica prometen aplicacions sense precedents, com ara comunicacions incondicionalment segures, sensors ultraprecissos, i ordinadors quàntics capaços de solucionar determinats problemes amb una eficiència inabastable en ordinadors clàssics. Recentment, s'ha plantejat la construcció d'una gran xarxa de dispositius quàntics d'intercanvi d'informació, on les connexions s'estableixen mitjançant canals quàntics i les pròpies dades són sistemes quàntics que flueixen per la xarxa, establint així els fonaments d'una futura "internet quàntica".
Amb el disseny d'aquestes xarxes d'informació quàntica apareixen nous desafiaments teòrics, ja que és necessari, per exemple, establir protocols de tractament d'informació optimitzats per treballar amb les dades quàntiques de manera automàtica, de la mateixa manera que les xarxes de comunicació actuals gestionen automàticament la informació.
Investigadors de la UAB han afrontat per primera vegada un d'aquests reptes: el problema d'ordenar les dades procedents d'una xarxa de sistemes quàntics segons l'estat en què van ser preparats. Els investigadors han ideat un procediment òptim que permet agrupar aquells sistemes quàntics que han estat preparats de manera idèntica.
El protocol desenvolupat pels investigadors de la UAB mostra una connexió natural amb un cas típic d'aprenentatge automàtic: agrupar mostres de dades que han estat generades segons una mateixa distribució de probabilitat. El problema és similar al que hauria de solucionar un ordinador clàssic per discernir d'on procedeixen diferents sons captats simultàniament per un micròfon al carrer. L'ordinador podria reconèixer patrons i discernir una conversa del soroll del trànsit o de el so procedent de la guitarra d'un músic de carrer. No obstant això, a diferència del que passa amb les ones de so, identificar patrons entre les dades quàntiques suposa tot un desafiament, ja que l'observació d'aquestes dades només proporciona informació parcial sobre ells i, a més, els degrada de manera irreversible.
Els físics de la UAB han pogut també comparar el rendiment dels protocols clàssic i quàntic. Segons els investigadors, el nou protocol supera amb escreix l'estratègia clàssica, especialment quan la dimensió de les dades és gran.
La proposta suposa un nou pas cap a les xarxes d'informació quàntica, ja que estableix un marc teòric sòlid sobre el que és físicament possible en l'àmbit de la classificació automàtica i la distribució d'aquest tipus d'informació. La investigació es publica avui a la revista Physical Review X i està signada pels investigadors del Grup d'Informació i Fenòmens Quàntics del Departament de Física de la UAB Gael Sentís, Àlex Monràs, Ramon Muñoz-Tàpia, John Calsamiglia i Emilio Bagan.
Article de referència:
Gael Sentís, Alex Monras, Ramon Muñoz-Tapia, John Calsamiglia and Emilio Bagan, Unsupervised classication of quantum data, Physical Review X, 2019. DOI: 10.1103/PhysRevX.9.041029
https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.9.041029