Un traductor que no deja escapar ni el más mínimo susurro
Un intérprete en una sala de juicios capta cada palabra, cada suspiro, cada susurro en un rincón. No tiene derecho a dejar pasar ningún detalle, porque de él depende el sentido de toda la conversación. Algo parecido hace la tomografía cuántica de estados: reconstruye el estado cuántico completo de un sistema a partir de un conjunto de mediciones, sin perder ni un solo detalle.
Durante mucho tiempo, ese «intérprete» estuvo encerrado en la caja negra de un programa comercial. Los investigadores solo veían el resultado, pero no el proceso en sí: cómo se transforman exactamente los datos en bruto del instrumento en una matriz de densidad, la descripción matemática del estado cuántico. El paquete Tomography-NMR abre esa caja. Toma la señal en el dominio del tiempo, aplica la transformada de Fourier, corrige la fase y luego extrae del espectro las intensidades de los picos.
Cada doblete, es decir, cada par de picos de espines acoplados, codifica dos números: la suma y la diferencia del pico izquierdo y el derecho. Estos números están directamente relacionados con los coeficientes de la descomposición del estado en la base de operadores producto. Después se imponen a la matriz obtenida unas restricciones físicas: debe ser hermítica, tener traza igual a uno y ser semidefinida positiva. Así nace del espectro un estado cuántico correcto.
La comprobación con 20 estados experimentales, preparados en dos núcleos de fósforo-31 en una molécula de ADP, arrojó una precisión media de 0.975 a 0.995. Los estados base se reconstruyeron con una precisión de 0.995, las salidas de la puerta de Hadamard con 0.992 y los estados de Bell con 0.980. La integración optimizada para estados concretos llega a 0.998, mientras que los métodos que no conocen el objetivo se mantienen en torno a 0.98.
Antes, para comprobar el resultado de otro, había que fiarse de un código cerrado o reproducirlo desde cero. Ahora cualquiera puede descargar Tomography-NMR, procesar los mismos datos y comparar las matrices de densidad. Para la informática cuántica experimental, esto supone un cambio de práctica: la transparencia y la reproducibilidad pasan a ser la norma, y no la excepción. Los estudiantes obtienen una herramienta didáctica muy visual, y los investigadores, un lenguaje común para comparar resultados.
El intérprete ya no está detrás de un cristal insonorizado. Ha salido a la sala, y cualquiera puede escuchar cómo convierte los susurros en sentido.
El paquete se llama Tomography-NMR y se distribuye bajo licencia MIT, lo que permite usarlo libremente en proyectos académicos y comerciales. La validación se llevó a cabo con la molécula de ADP, donde dos núcleos de fósforo-31 están acoplados mediante una interacción J de aproximadamente 22 Hz.