La matematica per un migliore controllo quantico

I sistemi quantici si sviluppano per numerose applicazioni tra cui la misurazione ad alta precisione e il controllo, il calcolo e la generazione della luce. Gli scienziati finanziati dall’UE si sono proposti di sviluppare nuovi metodi compatibili con il mondo quantico mediante il lavoro svolto nell’ambito del progetto QCEC (“Quantum control and error correction with discrete and continuous variables”).

QCEC ha contribuito ai risultati con importanti implicazioni per le fondamenta della teoria quantica, l’elaborazione di informazioni quantiche e il problema fondamentale di unificare la teoria quantica alla relatività generale. Una delle principali linee di studio ha studiato l’ordine causale, uno dei concetti più fondamentali del nostro Universo e tempo - in pratica il principio secondo cui un effetto viene dopo la sua causa.

Gli scienziati hanno dichiarato a Nature Communications che, usando un nuovo quadro da loro sviluppato, le correlazioni quantiche senza un ordine causale possono avvenire. Hanno mostrato anche che in un limite causale classico emerge sempre l’ordine, il che suggerisce che lo spazio-tempo può emergere da una struttura più fondamentale. Basandosi su questo, un importante studio ha prodotto una formulazione operativa della teoria quantica senza alcuna struttura temporale o causale predefinita. Il quadro può descrivere anche le relazioni causali esotiche come quelle che si pensa esistano nel contesto della gravità quantica.

Un’importante differenza nel controllo quantico rispetto al controllo classico è che la misurazione stessa cambia le dinamiche del sistema e introduce rumore e componenti non lineari. Gli scienziati hanno fatto grandi progressi nel controllo quantico del feedback e nella correzione dell’errore creando nuovi strumenti per la manipolazione delle informazioni quantiche e la loro protezione dal rumore.

Lo sviluppo di dispositivi quanitci per diverse applicazioni nella ricerca di base e nell’industria è diventato il centro di interesse di sempre più ricerca. I risultati di QCEC sull’ordine causale, il controllo del feedback e la correzione degli errori nei sistemi quantici non potrebbe essere più importante, viste le nuove scoperte e i nuovi sviluppi previsti per il prossimo futuro.