Não-localidade e contextualidade como recurso para informação quântica, computação quântica e certificação de dispositivos quânticos

Resumo

Por mais de cinquenta anos, não-localidade e contextualidade têm desempenhado um papel central nos fundamentos da física quântica. Mais recentemente, com o desenvolvimento da ciência da informação quântica, essas características também foram identificadas como recursos para inúmeras aplicações práticas, uma observação que despertou o interesse da comunidade em um tratamento operacional unificado da não-localidade e da contextualidade. Neste projeto, buscamos uma compreensão mais profunda desses fenômenos não-clássicos como recursos para informação quântica, computação quântica e certificação de dispositivos quânticos, uma etapa fundamental da ciência e da tecnologia, especialmente com o desenvolvimento de sistemas em escala intermediária operando no regime de supremacia computacional quântica. Esperamos derivar uma caracterização completa de diferentes teorias de recursos para contextualidade e usar essas ferramentas para definir o papel da contextualidade e da não-localidade em aplicações como a geração de números aleatórios, computação quântica baseada em medidas e destilação de estados mágicos. Em um segundo estágio do projeto, nosso objetivo é explorar esses resultados para estender a conexão de não-localidade e self-testing a cenários de contextualidade, fornecendo novos protocolos para certificação de dispositivos quânticos em cenários que não necessariamente dependam de sistemas quânticos multipartites. Do ponto de vista institucional, este projeto é essencial para a consolidação do Grupo de Informação Quântica e Fundamentos da Física Quântica do Instituto de Física da Universidade de São Paulo e para a consolidação de nossa colaboração com alguns dos grupos mais prolíficos que trabalham com aplicações de fenômenos quânticos no desenvolvimento e certificação de novos protocolos de informação e computação, com importantes contribuições para outras áreas, como termodinâmica quântica, fundamentos da física quântica, óptica quântica e física de muitos corpos, da qual alunos atuais e futuros serão beneficiados. (AU)