Estimación experimental de la dimensión de sistemas clásicos y cuánticos

Abstracto

¿Es posible deducir el número de dimensiones de un sistema completamente desconocido únicamente a partir de los resultados de mediciones realizadas sobre él? Los denominados testigos de dimensión permiten dicha estimación y ahora se demuestran experimentalmente utilizando pares de fotones entrelazados. Las observaciones experimentales suelen describirse mediante modelos teóricos que hacen suposiciones sobre la dimensionalidad del sistema en cuestión. Sin embargo, ¿sería posible evaluar la dimensión de un sistema completamente desconocido únicamente a partir de los resultados de mediciones realizadas sobre él, sin ninguna suposición adicional? El concepto de testigo de dimensión1,2,3,4,5,6 responde a esta pregunta, ya que permite acotar la dimensión de un sistema desconocido únicamente a partir de las estadísticas de medición. Aquí, informamos sobre la demostración experimental de testigos de dimensión en un escenario de preparación y medición6. Utilizamos pares de fotones entrelazados en polarización y momento angular orbital7,8,9 para generar conjuntos de estados clásicos y cuánticos de dimensiones de hasta 4. Luego, utilizamos un testigo de dimensión para certificar su dimensionalidad, así como su naturaleza cuántica. Nuestro trabajo abre nuevas vías en la ciencia de la información cuántica, donde la dimensión representa un recurso poderoso10,11,12, especialmente para la estimación independiente del dispositivo de sistemas cuánticos13,14,15,16 y comunicaciones cuánticas17,18.