Una descripción matemática de la evolución de un sistema cuántico, incluyendo procesos de ruido y decoherencia.Un canal cuántico es un objeto matemático que describe cómo evoluciona un sistema cuántico, incluyendo los efectos del ruido, la decoherencia y la pérdida de información. En el mundo ideal de la mecánica cuántica, los sistemas evolucionan de manera perfectamente reversible y unitaria, como una onda limpia que se propaga sin perturbaciones. Pero en realidad, cualquier interacción con el entorno introduce ruido, y un canal cuántico captura esta evolución desordenada e irreversible en un formalismo preciso basado en operadores.
El concepto formal de canal cuántico se desarrolló en las décadas de 1970 y 1980, basándose en el trabajo de Kraus, Stinespring y otros en la teoría de las aplicaciones completamente positivas. El término 'canal cuántico' se volvió estándar con el auge de la teoría de la información cuántica.
Un canal cuántico es una aplicación completamente positiva y que preserva la traza, que actúa sobre la matriz de densidad de un sistema cuántico. Toma un estado de entrada y produce un estado de salida, posiblemente mixto, reflejando la influencia del entorno. El canal puede representarse como una suma de operadores de Kraus, que codifican tanto la evolución deseada como los procesos de ruido, como el amortiguamiento de amplitud o el volteo de fase.
Los canales cuánticos son esenciales en la corrección de errores cuánticos, donde modelan el ruido que debe corregirse, y en la criptografía cuántica, donde describen la transmisión de estados cuánticos a través de líneas de comunicación imperfectas.
Un canal cuántico puede usarse para simular cualquier proceso físico que experimente un sistema cuántico, desde un solo fotón que atraviesa un cable de fibra óptica hasta la decoherencia de un qubit en un ordenador cuántico.
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