Protocolo experimental pre-registrado para testar la interacción entre atención consciente e sistemas cuánticos (QRNG e interferometría de fotón único) — QCAL-SYMBIO-BRIDGE v2.0.0
Este depósito contiene el protocolo experimental completo, pre-registrado y auditable, diseñado para evaluar de forma falsable si la atención consciente enfocada (o la intención dirigida) produce desviaciones estadísticas medibles en sistemas cuánticos, más allá del azar y de los artefactos conocidos. El diseño incluye dos protocolos complementarios: Protocolo A: Generador Cuántico de Números Aleatorios (QRNG) basado en división de haz de fotones individuales. Protocolo B: Interferometría de fotón único (Mach-Zehnder / doble rendija) con medición de visibilidad de franjas. Características metodológicas principales: Pre-registro formal del plan de análisis estadístico y bayesiano antes de la captura de datos. Adquisición de datos con escritura inmutable (HDF5 + cadena HMAC-SHA256 / Merkle tree). Cegamiento criptográfico de las etiquetas de condición. Motor de veto ambiental en tiempo real (temperatura, campos electromagnéticos, vibración) con umbrales predefinidos. Análisis primario: tests frecuentistas (Mann-Whitney, t-test) con corrección FDR/Bonferroni y umbral α = 10⁻⁶; co-primario: Factor de Bayes BF₁₀ (Beta-Binomial). Tamaño muestral calculado para detectar efectos del orden d ≈ 0.001 con potencia ≥ 0.95. Regla de parada estricta y ausencia de análisis intermedios. Controles explícitos: atención enfocada, atención pasiva y control máquina (sala vacía). Replicación independiente como condición sine qua non de aceptación de resultados positivos. El paquete incluye: Documento maestro del protocolo experimental (diseño, hipótesis, métricas, potencia, ética y cronograma). Código fuente del pipeline unificado de adquisición y análisis (v2.0.0). Protocolo de calibración del QRNG (ICQ-CAL-001) en cinco fases. Acta de inicio de la Fase 1 de estabilización térmica y electromagnética. Especificaciones de software, umbrales de exclusión y esquema de datos. Este registro no afirma la existencia del efecto. Su único objetivo es convertir una hipótesis audaz en un experimento rigurosamente falsable, reproducible y auditable por terceros independientes. Identificador de sistema: QCAL-SYMBIO-BRIDGE v2.0.0 Frecuencia de referencia operativa: f₀ = 141.7001 Hz Fecha de depósito: 2026-08-22
Este depósito contiene el protocolo experimental completo, pre-registrado y auditable, diseñado para evaluar de forma falsable si la atención consciente enfocada (o la intención dirigida) produce desviaciones estadísticas medibles en sistemas cuánticos, más allá del azar y de los artefactos conocidos. El diseño incluye dos protocolos complementarios: Protocolo A: Generador Cuántico de Números Aleatorios (QRNG) basado en división de haz de fotones individuales. Protocolo B: Interferometría de fotón único (Mach-Zehnder / doble rendija) con medición de visibilidad de franjas. Características metodológicas principales: Pre-registro formal del plan de análisis estadístico y bayesiano antes de la captura de datos. Adquisición de datos con escritura inmutable (HDF5 + cadena HMAC-SHA256 / Merkle tree). Cegamiento criptográfico de las etiquetas de condición. Motor de veto ambiental en tiempo real (temperatura, campos electromagnéticos, vibración) con umbrales predefinidos. Análisis primario: tests frecuentistas (Mann-Whitney, t-test) con corrección FDR/Bonferroni y umbral α = 10⁻⁶; co-primario: Factor de Bayes BF₁₀ (Beta-Binomial). Tamaño muestral calculado para detectar efectos del orden d ≈ 0.001 con potencia ≥ 0.95. Regla de parada estricta y ausencia de análisis intermedios. Controles explícitos: atención enfocada, atención pasiva y control máquina (sala vacía). Replicación independiente como condición sine qua non de aceptación de resultados positivos. El paquete incluye: Documento maestro del protocolo experimental (diseño, hipótesis, métricas, potencia, ética y cronograma). Código fuente del pipeline unificado de adquisición y análisis (v2.0.0). Protocolo de calibración del QRNG (ICQ-CAL-001) en cinco fases. Acta de inicio de la Fase 1 de estabilización térmica y electromagnética. Especificaciones de software, umbrales de exclusión y esquema de datos. Este registro no afirma la existencia del efecto. Su único objetivo es convertir una hipótesis audaz en un experimento rigurosamente falsable, reproducible y auditable por terceros independientes. Identificador de sistema: QCAL-SYMBIO-BRIDGE v2.0.0 Frecuencia de referencia operativa: f₀ = 141.7001 Hz Fecha de depósito: 2026-08-22
En esta Tesis se presentan los resultados de implementaciones ópticas de algoritmoscuánticos, orientadas a protocolos de comunicación y procesamiento cuántico de la información. En particular, se estudiaron algoritmos cuánticos basados en entrelazamiento y se analizó la interacción del sistema cuántico en cuestión con distintos entornos ruidosos. Estas investigaciones se realizaron en forma mixta, tanto experimental como teórica, contemplando etapas de interacción del sistema con entornos controlados. Se realizaron experimentos de teleportación cuántica y distribución cuántica de claves (QKD), con el propósito de ganar experiencia en la manipulación y control de sistemas cuánticos. A partir de estos experimentos, se demostraron algoritmos eficientes y robustos ante entornos ruidosos que generan decoherencia en el recurso entrelazado. Para llevar a cabo estos experimentos, se desarrolló una fuente de pares de fotones entrelazados en polarización, basada en el proceso de conversión paramétrica descendente. La utilización de fotones como recurso físico permite la codificación de qubits en diversos grados de libertad de los mismos. En los experimentos realizados en esta Tesis, a partir de un único fotón se codificaron dos qubits en los grados de libertad de polarización y momento lineal del mismo. Para representar la interacción del sistema con un entorno local, se utilizaron los dos grados de libertad de polarización y camino para representar el sistema y el entorno, respectivamente. Estas interacciones se producen en arreglos experimentalesbasados en óptica lineal. Los arreglos experimentales diseñados e implementados permitieron un estudio versátil de los distintos protocolos propuestos, y un control sistemático de los entornos. Se estudiaron las condiciones para las cuales la dinámica del sistema era robusta frente al ruido y la acción del mismo sobre el desempeño de estos protocolos. En particular se realizó un estudio de la eficiencia del protocolo de teleportación bajo distintos tipos e intensidades de interacción con un entorno, pudiendo obtener condiciones para las cuales el sistema presenta baja sensibilidad a ciertos tipos de ruido. Asimismo, para el caso de distribución cuántica de claves, la interacción del sistema con el entorno nos permitiómodelar la acción de un espía y estudiar la seguridad de protocolos de QKD. La evolución de los sistemas cuánticos inducida por la interacción con entornos locales genera decoherecia, afectando el grado de entrelazamiento inicial y su utilización como recurso cuántico. Se estudiaron entonces distintas condiciones de ruido cuántico y su efecto sobre el entrelazamiento de un sistema, obteniendo una relación entre la "muerte del entrelazamiento" y canales efectivos capaces de romper completamente el entrelazamiento, para sistemas de dos qubits. Estos resultados permitieron anticipar qué estados pueden sufrir muerte del entrelazamiento o no para una dada evolución. Conocer de antemano el estado inicial y/o el canal cuántico que afecta el recurso entrelazado permite elegir demanera óptima los parámetros necesarios para un procesamiento cuántico eficiente de la información. La base de todos los experimentos realizados es una fuente de pares de fotones entrelazados y un arreglo óptico confiable y versátil basado en óptica lineal. El control sobre los estados fotónicos generados se realiza interferométricamente y en polarización. El dominio de estas técnicas de control de estados cuánticos es un resultado en sí mismo y el arreglo experimental desarrollado se presenta como una plataforma robusta para el estudio de la dinámica de procesos cuánticos. A modo de síntesis, entendemos que en el desarrollo de esta Tesis de Doctorado secumplieron los dos objetivos propuestos: por un lado estudiar la influencia de procesos de decoherencia e interacción con entornos en la eficiencia de algoritmos de información cuántica y por otro desarrollar herramientas ópticas para el estudio e implementación eficiente de estos algoritmos.
La computación cuántica tiene una base teórica de más de tres décadas que muestra aceleraciones polinómicas y exponenciales sobre los algoritmos clásicos. Los procesadores que se construyen hoy, sin embargo, son ruidosos, pequeños y de conectividad limitada, aún lejos de aprovechar esa ventaja en problemas de escala real. Este trabajo es un estudio experimental que mide qué tan profunda es esa brecha para cuatro algoritmos cuánticos fundamentales: Bernstein–Vazirani, Simon, Grover sobre instancias de k-SAT y la estimación cuántica de fase. Para cada algoritmo se construyó una contraparte clásica de referencia y se evaluaron, por cada tamaño de entrada, todas las combinaciones posibles de tres modelos de ruido (error de lectura, despolarizante y relajación térmica) con tres topologías de hardware (ideal, lineal de 20 qubits y heavy-hex de 127 qubits, esta última inspirada en el chip ibm_brisbane). El estudio se hizo enteramente en simulación porque permite controlar de forma independiente cada parámetro del ruido y de la conectividad, condición necesaria para hacer comparaciones limpias entre escenarios. Cada uno de los 39 escenarios resultantes por tamaño se repitió 25 veces y los resultados se reportan con intervalo de confianza al 95 % calculado con la t de Student. Toda la infraestructura (algoritmos, generador de instancias, modelos de ruido, scripts de análisis e interfaz gráfica para exploración interactiva) queda reproducible y abierta. Los hallazgos principales son tres. Primero, la ventaja teórica sobrevive en los algoritmos de poca profundidad como Bernstein–Vazirani, mientras que en Grover y en la estimación de fase el ruido deteriora rápidamente el speedup a medida que crece el número de iteraciones. Segundo, el tipo de ruido importa tanto como su nivel: el error de lectura es el menos agresivo porque no se acumula con la profundidad del circuito, mientras que el despolarizante es el más severo. Tercero, la topología influye de forma indirecta pero significativa porque condiciona la cantidad de compuertas SWAP que el compilador debe insertar y, por esa vía, aumenta la profundidad efectiva del circuito. El framework, los datos y los análisis quedan disponibles para quien quiera prototipar pruebas de algoritmos cuánticos en la era NISQ sin depender de tiempo en hardware real.
La mecánica cuántica introdujo fenómenos novedosos, cuyo aprovechamiento permite \nuna potencial mejora de las tecnologías respecto de aquellas que no cuentan con \nellos. Estas tecnologías son denominadas las \\tecnologías cuánticas", que engloban la \ncomputación cuántica, criptografía cuántica, comunicación cuántica y a los sensores \ncuánticos. En el caso de los sensores cuánticos, sus propiedades cuánticas son utilizadas \ncomo recurso para el proceso de estimación de magnitudes (parámetros) de interés. \nLa máxima precisión admisible, lo que se llama información, depende fuertemente del \nesquema de control implementado en el sensor [11]. \nEn particular, dado que en la cuántica, las mediciones afectan al estado del sistema, \néstas representan un recurso disponible para definir el esquema de control. El \nefecto Zenón cuántico congela la evolución del sistema sensor a través de mediciones \nproyectivas frecuentes, mientras que el efecto anti-Zenón cuántico acelera su evolución \ntemporal. En ambos casos, el control consiste de mediciones estroboscópicas cada algún \nintervalo de tiempo y ha demostrado ser una herramienta de control de la señal de un \nespín al que utilizaremos como sensor. En particular, se encontró experimentalmente \nque esta forma de control reduce la cantidad de parámetros involucrados en la dinámica \n[17] y, en determinadas circunstancias mejora su precisión [11]. \nEn este trabajo, con el objetivo de desarrollar un marco teórico base, consideramos \nel control por mediciones proyectivas de sistema de dos niveles regido por un Hamiltoniano \nindependiente del tiempo, para estimar el acople entre los dos niveles. Este \nmodelo posee los elementos escenciales presentes en dinámicas cuánticas más complejas \npara evaluar la información extraíble utilizando el efecto Zenón cuántico. El acople \nentre niveles induce una dinámica oscilatoria de intercambio de excitación entre un \nnivel y otro, mientras que la separación de energía representa un \\offset", poniendo \nal sistema fuera de resonancia. Encontramos que el tiempo óptimo entre mediciones \nproyectivas para maximizar la información depende de la intensidad del offset. Para \nvalores altos de offset, cuyo valor está denido por el tiempo de evolución del sensor, \nlas mediciones proyectivas son más efcientes para estimar el acople. Denominamos este \nconcepto amplicación de información a través del efecto Zenón cuántico. Ejemplicamos \neste principio mediante la particularización de este desarrollo a sistemas de interés \npráctico. También presentamos un mecanismo de medición alternativa, donde el colap \nso del sistema es causado por la interacción con un ambiente ruidoso. Recuperamos en \nestas circunstancias los resultados obtenidos bajo la suposición de proyección ideal, y \nexploramos la posibilidad de utilizar el colapso parcial inducido por este ambiente bajo \ncortos tiempos de interacción como herramienta para medir parámetros del ambiente \neficientemente y de forma no invasiva.
Cuando un sistema cuántico evoluciona de manera coherente, su función de onda adquiere una fase (fase de Pancharatnam) compuesta por dos contribuciones: una dinámica, determinada por el Hamiltoniano de la evolución y otra de carácter geométrico, determinada por la trayectoria del estado en el espacio de Hilbert. Esta última se conoce como fase geométrica y no depende del ritmo de evolución temporal ni del Hamiltoniano específico que genera la trayectoria, sino de la forma de la trayectoria seguida. En sistemas de dos niveles como los qubits de polarización, esta fase puede visualizarse en la esfera de Poincaré como proporcional al ángulo sólido encerrado por una trayectoria cerrada del vector de estado al evolucionar. Su estudio resulta relevante no solo por su interés teórico, sino también por su potencial aplicación en el diseño de operaciones cuánticas robustas frente a ciertos tipos de errores, como los que produce la decoherencia. Con el propósito de estudiar experimentalmente fases geométricas en qubits de polarización, esta tesis presenta un interferómetro de transmisión con control de fase polarimétrico que opera con fotones individuales. Este diseño evita el uso de elementos reflectivos y resulta compatible con configuraciones ópticas requeridas para trabajar con fuentes de fotones individuales. Esta tesis contiene dos partes principales. La primera parte del trabajo se centró en la medición interferométrica de la fase de Pancharatnam adquirida por estados de polarización sometidos a transformaciones del grupo SU(2). Para ello, se desarrolló un esquema experimental que permite implementar dichas transformaciones mediante un conjunto adicional de láminas retardadoras en el interferómetro de transmisión propuesto. Se reconstruyeron patrones de interferencia para las transformaciones implementadas. La fase de Pancharatnam se determinó a partir del análisis del desplazamiento de los patrones de interferencia respecto a un patrón de referencia. En la segunda parte, se introdujo una transformación del tipo U(1) para anular la componente dinámica de la fase de Pancharatnam. Se mostraron los cálculos teóricos necesarios para seleccionar los ángulos de las láminas retardadoras que permitieran dicha anulación. Una vez implementada la configuración correspondiente, se realizó la medición interferométrica de la fase geométrica asociada a trayectorias cerradas no geodésicas en la esfera de Poincaré. Como resultado, este trabajo presenta un procedimiento experimental para la medición interferométrica de fases geométricas en el régimen de fotones individuales.
[ES] En este trabajo final de máster (TFM) se presenta una técnica para la generación de números aleatorios verdaderos utilizando cavidades optomecánicas (OMC, por sus siglas en inglés optomechanical cavities ) fabricadas en Silicon on Insulator (SOI). En estas cavidades, el fenómeno de emisión láser de fotones y fonones (lasing) es facilitado por la interacción y excitación mutua entre ambos, lo que, bajo ciertas condiciones, permite alcanzar regímenes no lineales donde el modo mecánico es amplificado. Este trabajo incluye las medidas experimentales del comportamiento en lasing de la cavidad propuesta, tanto en el régimen de megahercios (MHz) como en el de gigahercios (GHz), caracterizando la evolución de la frecuencia central del lasing a lo largo del tiempo. Las medidas experimentales se han realizado en los laboratorios del Instituto Universitario de Tecnología Nanofotónica (NTC). Estas medidas han sido procesadas con diferentes tasas de muestreo y sometidas a análisis estadístico mediante pruebas de aleatoriedad estándar, como las incluidas en el NIST Statistical Test Suite (NIST STS) y en la batería de pruebas Diehard. Entre estas pruebas se incluyen el cálculo de la entropía de Shannon, el test de frecuencia (monobit), el test de rachas, el número de secuencias ascendentes y descendentes, longest run, la secuencia acumulativa de bits, la entropía aproximada, la suma de bloques superpuestos, el overlapping permutations test, el Monkey test (OPSO, OQSO, DNA), el Squeeze test, la prueba FFT y la prueba de Kolmogorov-Smirnov (KS Test), entre otros. Para que las OMCs puedan considerarse como generadores de números aleatorios verdaderos (TRNG, del inglés true random number generators ) es necesario que la señal obtenida sea balanceada, no contenga patrones predecibles, tenga una distribución de probabilidad uniforme y se comporte como una fuente de entropía máxima sin influencias externas. En este estudio se ha implementado un proceso de postprocesado para mejorar la calidad de los datos, con el objetivo de reducir correlaciones detectadas en la señal sin alterar su naturaleza aleatoria. Este procesado incluye la normalización avanzada, la aplicación de filtros de paso alto, la diferenciación de la señal y la mezcla con secuencias pseudoaleatorias para aumentar la entropía. En este TFM se comparar los resultados obtenidos antes y después del postprocesado, observando mejoras en la entropía de Shannon, la distribución de rachas y la estabilidad de las pruebas de aleatoriedad.
Esta tesis se centra en el estudio de la aplicabilidad que dos disciplinas, la fotónica de microondas (MWP) y las comunicaciones cuánticas, pueden aportar en el desarrollo de nuevos sistemas de distribución de clave cuántica (QKD). El objetivo principal es el análisis y la validación experimental de sistemas QKD en la técnica de codificación en frecuencia (FC-QKD), por medio de distintas configuraciones de moduladores. Los sistemas FC-QKD permiten la incorporación de técnicas de multiplexación empleadas en MWP, por ello, se presenta un sistema basado en multiplexación de la subportadora (SCM) y multiplexación en longitud de onda (WDM) que permite la correcta distribución de claves mediante el protocolo BB84. Los sistemas SCM-QKD presentan algunas ventajas como su alta eficiencia espectral y la posibilidad de compartir una única fuente para todos los canales. Esto reduce considerablemente la complejidad del sistema y permite incorporar la técnica WDM aumentando el número de claves que se transmiten paralelamente y transmitiendo la informacióon de estas junto a canales clásicos sobre la misma fibra óptica.\nPara entender las funcionalidades de los sistemas FC-QKD se ha realizado un análisis teórico, que permite obtener expresiones para la tasa de error de bit (QBER) y la tasa de transmisión de clave, teniendo en cuenta los diferentes factores limitantes de los sistemas SCM-QKD, incluyendo la dispersión de la fibra y los efectos de intermodulación. Complementando este análisis teórica, se desarrolla diferentes esquemas experimentales en el laboratorio para evaluar la viabilidad experimental de este tipo de estructuras y tecnologías para su uso en sistemas QKD. Finalmente se presenta un sistema con cuatro canales independientes consiguiéndose una tasa de bit en crudo de 10 kb/s por canal, con un QBER por debajo del 2% y un enlace de 11 km. Estos resultados abren el camino para el uso de estos sistemas QKD en redes ópticas.