(Phys.org) —O problema do ponto de mudança é um conceito nas estatísticas que surge em uma ampla variedade de situações do mundo real, dos mercados de ações ao enovelamento de proteínas. A ideia é detectar o ponto exato em que ocorreu uma mudança repentina, o que poderia indicar, por exemplo, o gatilho de uma crise financeira ou uma etapa de proteína mal dobrada.

Agora em um novo artigo publicado em Cartas de revisão física , físicos Gael Sentís et al . levaram o problema do ponto de mudança para o domínio quântico.

"Nosso trabalho estabelece um marco importante na teoria da informação quântica ao transportar uma ferramenta fundamental da análise estatística clássica para uma configuração totalmente quântica, "Sentis, na Universidade do País Basco em Bilbao, Espanha, contado Phys.org .

"Com um número cada vez maior de aplicações promissoras de tecnologias quânticas em todos os tipos de processamento de dados, construir uma caixa de ferramentas de estatística quântica capaz de lidar com questões práticas do mundo real, dos quais a detecção do ponto de mudança é um exemplo proeminente, será crucial. Em nosso jornal, demonstramos os princípios de trabalho da detecção de pontos de mudança quântica e facilitamos as bases para pesquisas adicionais sobre pontos de mudança em cenários aplicados. "

Embora os problemas de ponto de mudança possam lidar com situações muito complexas, eles também podem ser entendidos com o exemplo simples de jogar cara ou coroa. Este jogo começa com uma moeda justa, mas em algum ponto desconhecido do jogo, a moeda é trocada por outra tendenciosa. Ao analisar estatisticamente os resultados de cada sorteio desde o início, é possível determinar o ponto mais provável em que a moeda foi trocada.

Estendendo este problema ao reino quântico, os físicos analisaram um dispositivo quântico que emite partículas em um determinado estado, mas em algum ponto desconhecido a fonte começa a emitir partículas em um estado diferente. Aqui, o problema do ponto de mudança quântica pode ser entendido como um problema de discriminação de estado quântico, já que determinar quando a mudança na fonte ocorreu é o mesmo que distinguir entre todas as possíveis sequências de estados quânticos das partículas emitidas.

Os físicos podem determinar o ponto de mudança nesta situação de duas maneiras diferentes:medindo o estado de cada partícula assim que ela chega ao detector (uma "medição local"), ou esperando até que todas as partículas tenham alcançado o detector e fazendo uma medição bem no final (uma "medição global").

Embora o método de medição local pareça atraente porque pode detectar potencialmente o ponto de mudança assim que ocorrer, sem esperar que todas as partículas sejam emitidas, os pesquisadores descobriram que as medições globais superam até mesmo as melhores estratégias de medição locais.

O "problema" é que as medições globais são mais difíceis de realizar experimentalmente e requerem uma memória quântica para armazenar os estados quânticos conforme eles chegam ao detector um por um. Os métodos de medição locais não requerem uma memória quântica, e, em vez disso, pode ser implementado usando dispositivos muito mais simples em sequência. Uma vez que a detecção global requer uma memória quântica, os resultados mostram que a detecção de ponto de mudança é outro dos muitos problemas para os quais os métodos quânticos superam todos os clássicos.

"Esperávamos que as medições globais ajudassem, como operações quânticas coerentes tendem a explorar recursos genuinamente quânticos e geralmente superam as operações locais em muitas tarefas de processamento de informação, "Sentis disse." No entanto, esta é uma vantagem dependente do caso, e às vezes estratégias locais sofisticadas e inteligentes são suficientes para cobrir a lacuna. O fato de que aqui há uma lacuna de desempenho finita diz algo fundamental sobre a detecção de ponto de mudança em cenários quânticos. "

Os resultados têm aplicações potenciais em qualquer situação que envolva a análise de dados coletados ao longo do tempo. A detecção de ponto de mudança também é frequentemente usada para dividir uma amostra de dados em subamostras que podem ser analisadas individualmente.

"A capacidade de detectar com precisão os pontos de mudança quântica tem impacto imediato em qualquer processo que requeira controle cuidadoso das informações quânticas, "Sentis disse." Pode ser considerado um dispositivo de teste de qualidade para qualquer tarefa de processamento de informações que requeira (ou produza) uma sequência de estados quânticos idênticos. As aplicações podem variar de sondagem de fibras ópticas quânticas à detecção de limites em sistemas de estado sólido. "

No futuro, os pesquisadores planejam explorar as muitas aplicações da detecção de pontos de mudança quântica.

"Pretendemos estender nossos métodos teóricos para lidar com cenários mais realistas, "Sentis disse." As possibilidades são incontáveis. Alguns exemplos de generalizações que estamos explorando são vários pontos de mudança, estados quânticos barulhentos, e detecção de pontos de mudança em configurações ópticas. "