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Investigadores de la Universidad de Paderborn en Alemania han desarrollado un software de computación de alto rendimiento (HPC, por sus siglas en inglés) capaz de analizar y describir los estados cuánticos de un detector fotónico cuántico. Este avance busca superar las limitaciones de los métodos computacionales tradicionales al aplicarlos a la tomografía cuántica, técnica que permite determinar el estado de un sistema cuántico.
La computación de alto rendimiento utiliza avanzados equipos para manejar grandes volúmenes de datos y realizar cálculos complejos a alta velocidad. Aunque tradicionalmente se emplea en problemas de datos complejos y voluminosos, la posibilidad de usar HPC para aplicaciones cuánticas plantea una innovación significativa. Este nuevo estudio sugiere que el software HPC también puede aplicarse en la tomografía cuántica de sistemas fotónicos.
Un detector fotónico cuántico es una herramienta avanzada diseñada para medir y detectar fotones individuales, o partículas de luz. Estos detectores son cruciales para la investigación cuántica, ya que permiten obtener información detallada sobre propiedades de los fotones, como sus niveles de energía o su polarización. Dado que medir con precisión el estado cuántico del detector fotónico es fundamental para lograr datos precisos, se requiere una gran capacidad de procesamiento para analizar los enormes volúmenes de datos asociados con su tomografía cuántica. Aquí es donde entra en juego la solución HPC desarrollada en Paderborn.
Según los investigadores, esta herramienta basada en HPC les permitió realizar tomografía cuántica de un detector fotónico a escala mega, cubriendo un espacio de Hilbert de hasta 106 dimensiones. El espacio de Hilbert es un marco matemático utilizado para representar los posibles estados de un sistema cuántico en múltiples dimensiones, donde cada punto representa un estado potencial. Este tipo de espacio, de dimensiones prácticamente infinitas, resulta esencial para cálculos de probabilidades y conceptos como la superposición.
Uno de los mayores logros de esta investigación ha sido la optimización de los tiempos de cálculo. Según los autores, el software HPC permite realizar la tomografía cuántica del detector fotónico en apenas unos minutos, un logro sin precedentes en el campo. Esta rapidez no solo reduce el tiempo de análisis, sino que también permite una reconstrucción más eficiente de los sistemas cuánticos, alcanzando la capacidad de procesar y reconstruir sistemas con hasta 1012 elementos.
Timon Schapeler, autor principal del estudio y científico en la Universidad de Paderborn, destaca que este trabajo es pionero en el campo de la computación clásica aplicada a la fotónica cuántica experimental a gran escala. Con la aplicación de esta tecnología, se espera avanzar en áreas como el procesamiento de datos, medición cuántica y tecnologías de comunicación.
