Posible Teoría de Nexo es una investigación teórica exploratoria sobre la persistencia, accesibilidad y recuperabilidad de la información durante transformaciones físicas de un sistema. La investigación parte de una pregunta fundamental: cuando un estado físico A se transforma en un estado B, ¿puede la información asociada al estado A permanecer físicamente codificada en el sistema o en su entorno aunque la estructura original de A haya desaparecido y ya no sea localmente recuperable? El trabajo distingue entre tres conceptos que no necesariamente son equivalentes: existencia física de información, accesibilidad de la información y recuperabilidad de la información. Para estudiar esta cuestión se utilizan conceptos y herramientas establecidos de física y teoría de la información, entre ellos entropía, información mutua, evolución cuántica, reversibilidad, traza parcial, scrambling, información de Holevo y principio de Landauer. La investigación también propone, de manera provisional, formalizaciones matemáticas para estudiar la accesibilidad y recuperabilidad de información durante una evolución temporal. Estas propuestas no se presentan como leyes físicas nuevas ni como resultados demostrados, sino como objetos de investigación que deben ser contrastados con la literatura científica existente. El objetivo es determinar si la hipótesis puede reducirse a resultados físicos ya conocidos, si puede reformularse dentro de teorías existentes o si eventualmente puede conducir a una relación matemática nueva y falsable. Estado de la investigación: hipótesis de investigación en fase de contraste. La denominación “Posible Teoría de Nexo” es un nombre de trabajo y no constituye una afirmación de que se haya demostrado una nueva teoría física. Se invita a investigadores y lectores técnicamente cualificados a examinar el trabajo, identificar antecedentes, errores, reformulaciones equivalentes, limitaciones y posibles pruebas capaces de confirmar o refutar la hipótesis.
Posible Teoría de Nexo es una investigación teórica exploratoria sobre la persistencia, accesibilidad y recuperabilidad de la información durante transformaciones físicas de un sistema. La investigación parte de una pregunta fundamental: cuando un estado físico A se transforma en un estado B, ¿puede la información asociada al estado A permanecer físicamente codificada en el sistema o en su entorno aunque la estructura original de A haya desaparecido y ya no sea localmente recuperable? El trabajo distingue entre tres conceptos que no necesariamente son equivalentes: existencia física de información, accesibilidad de la información y recuperabilidad de la información. Para estudiar esta cuestión se utilizan conceptos y herramientas establecidos de física y teoría de la información, entre ellos entropía, información mutua, evolución cuántica, reversibilidad, traza parcial, scrambling, información de Holevo y principio de Landauer. La investigación también propone, de manera provisional, formalizaciones matemáticas para estudiar la accesibilidad y recuperabilidad de información durante una evolución temporal. Estas propuestas no se presentan como leyes físicas nuevas ni como resultados demostrados, sino como objetos de investigación que deben ser contrastados con la literatura científica existente. El objetivo es determinar si la hipótesis puede reducirse a resultados físicos ya conocidos, si puede reformularse dentro de teorías existentes o si eventualmente puede conducir a una relación matemática nueva y falsable. Estado de la investigación: hipótesis de investigación en fase de contraste. La denominación “Posible Teoría de Nexo” es un nombre de trabajo y no constituye una afirmación de que se haya demostrado una nueva teoría física. Se invita a investigadores y lectores técnicamente cualificados a examinar el trabajo, identificar antecedentes, errores, reformulaciones equivalentes, limitaciones y posibles pruebas capaces de confirmar o refutar la hipótesis.
El presente volumen reúne tres ensayos que abordan, desde registros distintos perocomplementarios, una misma cuestión de fondo: la relación entre correlación, causalidad yaccesibilidad en la descripción de sistemas físicos y conceptuales complejos. Aunque los textosque lo componen se concibieron originalmente de manera independiente, su reunión respondea una intención común: explorar hasta qué punto ciertas tensiones, paradojas y límitesexplicativos emergen no de inconsistencias en las teorías existentes, sino del uso implícito deconceptos fuera de los dominios en los que resultan operativos.El libro no propone una teoría física unificada ni introduce nuevos postulados fundamentales.Tampoco pretende resolver de manera definitiva los problemas que aborda. Su objetivo es máslimitado y preciso: clarificar marcos, delimitar ámbitos de validez y separar niveles dedescripción que con frecuencia se superponen de forma acrítica en el discurso científico yfilosófico contemporáneo.El primer bloque, TCICF (The Coherent Informational Correlation Field), se sitúa en unregistro científico–teórico. Introduce un marco informacional efectivo destinado a describir laestructura de las correlaciones y sus límites de accesibilidad sin modificar las teorías físicasestablecidas. Se trata de un enfoque deliberadamente conservador, que emplea herramientasestándar de la teoría de la información y modelos estocásticos mínimos para articular ladistinción entre coherencia informacional global y correlaciones operacionalmente accesibles.Este bloque no formula afirmaciones ontológicas y no debe interpretarse como una teoríafundamental.El segundo bloque, Más allá de la propagación causal, adopta un registro conceptual ymetodológico. Su propósito es examinar críticamente el alcance explicativo de la noción depropagación causal espaciotemporal, mostrando que dicha noción, aun siendo indispensable enmuchos contextos, no agota la descripción de todos los fenómenos correlacionales. Este ensayono introduce nuevo formalismo ni cuestiona la validez de la causalidad en su dominio propio;se limita a explorar sus límites y a señalar cuándo su aplicación puede resultar conceptualmenteinsuficiente.El tercer bloque, TCIC, se mueve en un registro metafísico y ontológico, en el sentido másrestringido del término. A partir de las distinciones establecidas en los bloques anteriores, esteensayo aborda el estatuto de nociones como realidad, explicación y paradoja. Su objetivo noes reemplazar marcos científicos, sino desplazar ciertas formulaciones problemáticas,mostrando cómo muchas paradojas clásicas y contemporáneas surgen al tratar comofundamentales conceptos que son, en realidad, emergentes o dependientes de régimen. El anexofinal desarrolla explícitamente este desplazamiento conceptual en relación con paradojasconocidas. Cada uno de los tres bloques mantiene su introducción propia y puede leerse de maneraindependiente. El lector no está obligado a aceptar las premisas de un bloque para abordar lossiguientes. La progresión propuesta —desde un marco informacional efectivo, pasando por unacrítica de la causalidad como intuición universal, hasta un análisis ontológico de lasparadojas— no debe entenderse como una demostración encadenada, sino como una secuenciade desplazamientos conceptuales.Este libro se sitúa deliberadamente en la intersección entre física, teoría de la información yfilosofía, pero no pertenece de manera exclusiva a ninguno de estos campos. Su intención noes expandir el alcance de la ciencia más allá de sus límites, ni reducir la reflexión conceptual aformalismo técnico, sino hacer explícitas las fronteras entre estructura, acceso y significado, yexplorar qué ocurre cuando dichas fronteras se confunden.En este sentido, el volumen no aspira a cerrar debates, sino a reformularlos con mayorprecisión. Si logra clarificar el estatuto de ciertas preguntas —y, en algunos casos, mostrar porqué determinadas respuestas resultan inapropiadas— habrá cumplido su propósito.
La informacion es un ente fisico. Los sistemas fisicos registran y procesan informacion. El reconocimiento de estos hechos desde el punto de vista de la teoria de la informacion y su relacion directa con aplicaciones a nuevas adolescentes ha sido crucial en el desarrollo reciente de la teoria tanto basica como aplicada, al mismo tiempo que de otras areas la computacion, matematicas e ingenierias, donde el reto de construir dispositivos que permiten el procesamiento de informacion a nivel cuantico es objetivo primordial. En los trabajos de Deutsch (Deutsch, 1985) y Shor (Shor, 1994), la nocion de bit clasico de la teoria de la informacion es conceptualmente extendida a un marco fisico radicalmente diferente con la introduccion del bit cuantico, donde fue demostrado que los efectos de interferencia cuantica de muchas cosas puede permitir una forma nueva y fundamental de computo, donde es posible la ejecucion de tareas computacionales, irresolubles, cuentos, como la factorizacion de numeros primos, muy grandes, o la simulacion exacta de sistemas, multipartitos, cuanticos. Asi, la investigacion en fisica de la informacion y el computo cuantico se ha convertido en un foco de desarrollo basico de la fenomenologia cuantica, analisis y revision del cual se presenta en este trabajo.
Empezar con la definicion formal de qubit, registrador cuantico, y de conjunto universal de compuertas logicas empleado en la construccion de un computador cuantico, desde la perspectiva de un modelo de computacion de rojo cuantica. A partir de este momento, se enfatiza en la versatilidad de la representacion de circuito cuantico para intrincar y desintrincar estados cuanticos. De aqui se introduce el teorema de no clonacion y sus aplicaciones a criptografia cuantica. Se describe dos alternativas a la formulacion 'tradicional' o usual de computo cuantico: i) computacion cuantica geometrica, y ii) computacion cuantica unidireccional. Se realiza la caracterizacion, y cuantificacion de intrincamiento cuantico, en particular de sus usos como recurso fisico en protocolos de comunicacion cuentos cuanticos como teleportacion, criptografia, codificacion superdensa, y compresion de datos. Se introduce el concepto de paralelismo cuantico de aleman y se analiza su aplicacion a la capacidad eficiente de tareas algoritmicas irresolubles clasicamente La decoherencia cuantica se presenta como proceso inherente y central en el procesamiento de informacion cuantica. Se plantean mecanismos para corregirla o evitarla, en particular, se analiza en detalle el proceso de correccion de errores cuanticos. Finalmente, se describen algunas de las implementaciones fisicas de computo y comunicacion cuantica, y de la forma como un qubit puede ser poseido fisicamente en una gran variedad de nanosistemas.
Es pensado que la Mecánica Cuántica es una de las teorías fundamentales en la física. Esta teoría no solo ha permitido el estudio detenido de las propiedades de la naturaleza a una escala atómica, sino que también ha logrado una asombrosa convergencia con gran parte de las teorías clásicas. Un rasgo distintivo de la Mecánica Cuántica es su naturaleza probabilística, lo que implica que no puede prever con absoluta certeza el resultado de un experimento, sino tan solo asignar una probabilidad específica a su ocurrencia. En virtud de esta característica, la Mecánica Cuántica introduce un contexto donde llevar a cabo una medición se convierte en un proceso intrínseco. A pesar de ello, ninguno de sus fundamentos aborda explícitamente la definición de lo que constituye una medición cuántica. Aunque este procedimiento evidencia tanto la naturaleza probabilística a pequeña escala como el carácter determinista del ámbito macroscópico, surge de manera pertinente la pregunta: ¿qué se entiende por medición? O, al menos, ¿cómo llevar a cabo una medición? Diversos esfuerzos han sido realizados con el fin de construir un marco conceptual riguroso que describa el proceso de medición cuántica. En este estudio, se examinará detenidamente el esquema de medición propuesto por von Neumann interpretado a partir de la interacción entre el sistema principal y su entorno, así como los posibles tipos de mediciones que pueden surgir en estos sistemas. Sin embargo, al adentrarnos en el ámbito de la Teoría Cuántica de Campos y buscar realizar mediciones en este contexto, es imperativo ampliar la noción de medición de acuerdo con los principios de localidad y causalidad. Por ende, al establecer un marco claramente definido para las mediciones, también se delinean ciertas operaciones que son físicamente permitidas. Este trabajo se propone examinar los protocolos de medición en campos relativistas con el objetivo de comprender el protocolo propuesto por Fewster y Verch como una generalización de la teoría de medición cuántica no relativista.
En este trabajo de tesis se apunta a desarrollar herramientas que posibiliten la descripción de sistemas físicos de interés en información cuántica. El marco teórico de las investigaciones está dado por la teoría de la información, la mecánica cuántica y la geometría diferencial. Las investigaciones propuestas están principalmente vinculadas al interés en la naturaleza de los objetos y procesos coherentes en física, en particular focalizado en la noción de coherencia cuántica. La coherencia cuántica en sistema de muchos cuerpos representa la esencia del entrelazamiento y es un ingrediente indispensable para una multitud de fenómenos físicos en óptica cuántica, información cuántica, física de estado sólido y termodinámica a bajas temperaturas. Los estados entrelazados y el fenómeno de coherencia juegan un rol central en las ciencias de la información cuántica, cuyo desarrollo en los últimos años ha alcanzado gran relevancia a nivel global y constituye uno de los temas prioritarios de estudio en centros de investigación destacados de todo el mundo. En escenarios realistas, tales como sistemas cuánticos abiertos, la coherencia es afectada por el ruido ambiente, de acuerdo al fenómeno de decoherencia; la descripción de procesos físicos de decoherencia es un área de estudio muy activa. Para el estudio de procesos coherentes en sistemas cuánticos resulta fundamental contar con medidas apropiadas que permitan cuantificar el grado de coherencia. Se han establecido algunas propiedades que tales medidas deberían satisfacer, notando que la caracterización cuantitativa de coherencia necesita aún atención y un análisis más exhaustivo y amplio. Los objetivos específicos son explorar cuantificadores alternativos de coherencia utilizando medidas de información, lograr caracterizarla en el marco de la teoría de recursos mediante la propiedad de mayorización y avanzar sobre formulaciones geométricas y entrópicas del principio de incerteza desarrolladas por el grupo, estudiando su conexión con la coherencia cuántica.
Desde hace ochenta anos, las predicciones de la fisica cuantica se han visto confirmadas en un sinnumero de experimentos. La mayoria de los investigadores opinan que no hay nada que el formalismo cuantico no pueda explicar.
La teoria cuantica es tambien extraordinariamente robusta: hasta ahora, todos los intentos por modificarla han dado lugar a teorias que violan algun principio basico, como la imposibilidad de transmitir informacion de manera instantanea.
Un nuevo programa de investigacion, conocido como reconstruccion de la teoria cuantica, intenta determinar hasta que punto las leyes cuanticas son las unicas compatibles con una serie de requisitos fisicos esenciales.
Varios estudios recientes sugieren que es posible concebir «teorias probabilisticas generalizadas» mas amplias que la fisica cuantica pero que, sin embargo, no violan ningun principio fundamental. Tales teorias parecen guardar una intrigante relacion con la formulacion microscopica de la gravedad.
En este trabajo, se analiza una teoría que es en cierto modo una extensión natural del campo de las telecomunicaciones clásicas a la mecánica cuántica. Dicha teoría se llama tomografía cuántica y es de hecho una imagen de la mecánica cuántica equivalente a las más habituales que son la imagen de Schrödinger o la de Heisenberg. Esta nueva imagen, difiere de las precedentes en que está muy ligada a la capacidad tecnológica a la hora de medir observables (momento, energía, etc.) en el campo de la óptica cuántica, ya que su objetivo primordial es el de conseguir reconstruir el estado de un sistema cuántico a partir de mediciones en el laboratorio, y dado al avance tecnológico del instrumental de laboratorio disponible como láseres y fotodetectores, cada vez está suscitando mayor interés. En el primer capítulo, veremos cómo nace esta idea de reconstruir estados cuánticos discutiendo brevemente la técnica clásica conocida como Tomografía Axial Computerizada (TAC). Esta técnica está basada en los trabajos de Johann Karl August Radon aplicando la transformada que lleva su nombre. Introduciremos la transformada de Radon de una función de probabilidad definida en el espacio de fases para ver cómo se aplica en el caso del TAC. Para aplicar esta idea para la reconstrucción de estados cuánticos, veremos, en primer lugar, que existe una extensión natural de las técnicas de demodulación de señales moduladas en amplitud (AM) en el campo de la óptica cuántica mostrando que el papel que cumple un mezclador puede ser reemplazado por una combinación de divisores de haz y fotodetectores y mostraremos explícitamente cómo reconstruir el operador densidad que describe un estado cuántico a través de un proceso reminiscente de la transformada de Radon clásica. El segundo capítulo será el corazón de este trabajo. En él, introduciremos de manera formal la descripción tomográfica de la mecánica cuántica. Presentaremos una teoría general, para ello, trataremos a los observables como elementos de un álgebra C_ y los estados serán funcionales lineales positivos que actúen en dicha algebra. Veremos que esta descripción de la mecánica cuántica puede dividirse en dos partes, una primera con el objetivo de obtener una fórmula para reconstruir el estado de un sistema cuántico a partir de una función definida sobre un conjunto llamado conjunto tomográfico, que será un conjunto de observables que tendrá que cumplir una serie de condiciones que expondremos debidamente. A esta primera parte de la teoría, la bautizaremos como Teoría de muestreo generalizada en sistemas cuánticos. La segunda parte estará relacionada con la parte puramente experimental. Lo que hace necesario tener que añadir esta segunda parte es el hecho de que la función definida anteriormente sobre el conjunto tomográfico, que llamaremos función de muestreo, en general, no puede ser medida por medio de los dispositivos con los que contamos en un laboratorio de óptica cuántica, sin embargo, a partir de las mediciones hechas con un fotodetector, podemos obtener distribuciones de probabilidad de cantidades relacionadas con los observables. Entonces, tomando esto último como motivación, esta segunda parte de la teoría consistirá en relacionar esa función de muestreo con una distribución de probabilidad que llamaremos tomograma, que será el resultado directo de un proceso de medida en el laboratorio, y la llamaremos Transformada generalizada positiva por motivos que se expondrán convenientemente. Uno de los problemas más sutiles de esta teoría consiste en hallar un conjunto tomográfico que cumpla las condiciones necesarias para permitir reconstruir el estado a partir de él. Sin embargo, veremos que de manera natural, las representaciones unitarias irreducibles de un grupo finito o de Lie compacto proporcionan conjuntos tomográficos que cumplen las condiciones requeridas, por eso, nos centraremos en el estudio de la reconstrucción de estados a partir de grupos relacionados con el sistema físico dado. Aunque también destacaremos que existen otras representaciones unitarias que nos permiten reconstruir el estado cuántico a partir de ellas, como lo es la representación unitaria irreducible del grupo de Heisenberg Weyl dada por el álgebra de Lie que forman los operadores momento y posición cuánticos que es el ejemplo con el que nace la tomografía cuántica introducido en el primer capítulo. En el tercer capítulo presentaremos un algoritmo numérico que se deriva a partir de unos estados que llamaremos estados adaptados que habremos definido en el capítulo anterior. Este algoritmo nace como un problema inverso, ya que hasta entonces nos habremos centrado en reconstruir estados a partir de un conjunto tomográfico, en especial, cuando el conjunto tomográfico está definido a partir de una representación unitaria de un grupo. Este problema inverso consiste en determinar qué información es posible obtener de una representación unitaria de un grupo si se tiene una familia de estados que describe un sistema físico relacionado con un grupo de simetría. La respuesta a esta pregunta es muy satisfactoria ya que es posible conocer la matriz de transformación de base que nos permita transformar la base, en la que está descrita la representación unitaria, en una base adaptada a los subespacios invariantes bajo la acción de todos los elementos de la representación. Este problema se conoce como descomposición de Clebsh Gordan, ya que dicha transformación aplicada a la representación unitaria la convierte en una matriz diagonal por bloques en la que cada bloque corresponde a una representación unitaria irreducible. La manera en la que resolveremos este problema es con un algoritmo numérico que sólo requiere dos estados adaptados como argumentos de entrada, que pueden ser obtenidos de manera directa si se conoce de forma explícita la representación unitaria que queremos reducir. Este algoritmo lo hemos bautizado con el nombre de SMILY. Hay que destacar que como este algoritmo se ha generado sólo aplicando ciertas transformaciones unitarias sobre matrices que representan un estado cuántico, tiene una extensión natural que podría implementarse en un ordenador cuántico. Para acabar esta tesis, generalizaremos la descripción tomográfica a campos clásicos y cuánticos. Para el caso clásico, primero realizaremos una descripción tomográfico para sistemas con finitos grados de libertad y obtendremos el equivalente tomográfico de la ecuación de Liouville para una densidad de probabilidad y tras esto, haremos el mismo análisis para sistemas con infinitos grados de libertad. Para obtener la descripción tomográfica para campos cuánticos, partiremos del concepto de segunda cuantización y mostraremos el equivalente tomográfico de los axiomas de Wightman Streater para una teoría cuántica de campos. Y para terminar, obtendremos un teorema de reconstrucción para campos escalares y calcularemos el tomograma de ciertos estados de un campo cuántico escalar libre. Comentemos esto último diciendo que es el inicio de una teoría que permitirá una descripción tomográfica de estados, por ejemplo ligados, para teorías con interacción. Para concluir este resumen, quisiera resaltar que el lector especializado, si lo considera conveniente, puede comenzar a leer a partir del segundo capítulo, ya que aunque el primer capítulo sirve como motivación de porqué desarrollar una descripción tomográfica de la mecánica cuántica, el texto puede comprenderse si previamente no se ha leído.