El aprendizaje automático muestra su potencial para mejorar la transferencia de información cuántica

Investigadores financiados por el Ejército han demostrado un enfoque de aprendizaje automático, capaz de corregir la información cuántica en sistemas compuestos por fotones, lo que mejora las perspectivas de despliegue de tecnologías de detección y comunicación cuánticas en el campo de batalla.

Cuando los fotones se emplean como portadores de información cuántica para transmitir datos, esa información suele distorsionarse debido a que las fluctuaciones del entorno destruyen los frágiles estados cuánticos necesarios para conservarla.

Investigadores de la Universidad Estatal de Luisiana explotaron un tipo de aprendizaje automático para corregir la distorsión de la información en sistemas cuánticos compuestos por fotones. Publicado en Advanced Quantum Technologies, el equipo demostró que las técnicas de aprendizaje automático que usan las características de autoaprendizaje y autoevolución de las redes neuronales artificiales pueden ayudar a corregir la información distorsionada. Estos resultados superaron a los protocolos tradicionales que se basan en la óptica adaptativa convencional.

«Todavía estamos en las primeras etapas de la comprensión del potencial de las técnicas de aprendizaje automático para desempeñar un papel en la ciencia de la información cuántica», dijo la Dra. Sara Gamble, gerente del programa en la Oficina de Investigación del Ejército. «El resultado del equipo es un paso adelante en el desarrollo de esta comprensión, y tiene el potencial de mejorar en última instancia las capacidades de detección y comunicación del Ejército en el campo de batalla».

Para esta investigación, el equipo empleó un tipo de red neuronal, que corregía la distorsión de los modos espaciales de la luz a nivel de un solo fotón.

«La distorsión aleatoria de la fase es uno de los mayores retos a la hora de usar los modos espaciales de la luz en una amplia variedad de tecnologías cuánticas, como la comunicación cuántica, la criptografía cuántica y la detección cuántica», dijo Narayan Bhusal, candidato al doctorado en la LSU.

«Nuestro método es extraordinariamente eficaz y eficiente en cuanto a tiempo en comparación con las técnicas convencionales. Se trata de un avance importante para el futuro de las tecnologías cuánticas en el espacio libre».

Según el equipo de investigación, esta tecnología cuántica inteligente demuestra la posibilidad de codificar múltiples bits de información en un solo fotón en protocolos de comunicación realistas afectados por la turbulencia atmosférica.

«Nuestra técnica tiene enormes implicaciones para la comunicación óptica y la criptografía cuántica», dijo Omar Magaña-Loaiza, profesor adjunto de física en la LSU. «Ahora estamos explorando vías para implementar nuestro esquema de aprendizaje automático en la Louisiana Optical Network Initiative para hacerla inteligente, más segura y cuántica».

Fte. Army.mil