Op kwantum gebaseerde communicatie- en rekentechnologieën beloven ongekende toepassingen, zoals onvoorwaardelijk beveiligde communicatie, ultra-precieze sensoren, en kwantumcomputers die in staat zijn om specifieke problemen op te lossen met een efficiëntie die klassieke computers niet kunnen bereiken. Recentelijk, kwantumcomputers worden ook gezien als knooppunten in een netwerk van kwantumapparaten, waar verbindingen tot stand worden gebracht via kwantumkanalen en data kwantumsystemen zijn die door het netwerk stromen, daarmee de basis leggend voor een toekomstig 'kwantuminternet'.

Met het ontwerp van deze kwantuminformatienetwerken komen nieuwe theoretische uitdagingen, aangezien het noodzakelijk is om geoptimaliseerde geautomatiseerde protocollen voor informatiebehandeling vast te stellen om met kwantumgegevens te werken, op dezelfde manier als de huidige communicatienetwerken automatisch informatie beheren.

UAB-onderzoekers hebben voor het eerst te maken gehad met een van deze uitdagingen:het probleem met het sorteren van gegevens van een kwantumsysteemnetwerk op basis van de staat waarin ze zijn voorbereid. De onderzoekers hebben een optimale procedure bedacht waarmee clusters van identiek geprepareerde kwantumsystemen kunnen worden geïdentificeerd.

Het protocol dat is ontwikkeld door onderzoekers van de UAB toont een natuurlijke connectie met een archetypische use case van klassiek machine learning:het clusteren van gegevensmonsters op basis van het feit of ze een gemeenschappelijke onderliggende kansverdeling delen. Het probleem is vergelijkbaar met hoe een klassieke computer de oorsprong herkent van verschillende geluiden die tegelijkertijd worden vastgelegd door een microfoon die op straat is geplaatst. De computer kan patronen herkennen en een gesprek onderscheiden, verkeer, en een straatmuzikant. Echter, in tegenstelling tot geluidsgolven, het identificeren van patronen in kwantumgegevens is veel uitdagender, omdat een loutere observatie slechts gedeeltelijke informatie oplevert en de gegevens in het proces onherstelbaar degradeert.

Natuurkundigen van de UAB konden ook de prestaties van klassieke en kwantumprotocollen vergelijken. Volgens de onderzoekers is het nieuwe protocol presteert veruit beter dan klassieke strategieën, vooral voor grote dimensionale gegevens.

Dit voorstel is een nieuwe stap in de richting van kwantuminformatienetwerken, omdat het een solide theoretisch kader schept over wat fysiek mogelijk is op het gebied van geautomatiseerde classificatie en distributie van kwantuminformatie. Het onderzoek is vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordeling X en is geschreven door onderzoekers van de Quantum Phenomena and Information Unit van de UAB Department of Physics Gael Sentís, Alex Monras, Ramon Muñoz-Tàpia, Jon Calsamiglia en Emilio Bagan.