Imagen de un procesador cuántico conectado a un circuito electrónico. (Foto de la Universidad de Rochester / J. Adam Fenster)
Una nueva investigación de la Universidad de Rochester y la Universidad de Purdue ha demostrado que la teleportación cuántica, que ha demostrado su eficacia con fotones, también es posible entre electrones individuales y aplicable a la computación cuántica.
Desde que en 1993 se estableciera por primera vez que el estado cuántico de una partícula elemental podía en teoría ser teletransportada, diferentes desarrollos han experimentado con la teleportación de fotones.
Se ha comprobado que funciona a distancias cada vez mayores, e incluso en el espacio y bajo el agua, culminando este proceso con la teleportación cuántica de forma segura dentro de un diamante, ocurrida en 2019.
Información, no materia
En realidad, de lo que se ha hablado siempre es de transportar la esencia última, y no la materia en sí del objeto, que permanece inamovible.
Una última proeza tecnológica en este campo se consiguió el año pasado: científicos de la Universidad de Bristol y de la Universidad Técnica de Dinamarca consiguieron por primera vez la teleportación cuántica entre dos chips de ordenador.
Esta tecnología subió entonces un escalón importante, ya que consiguió la teleportación entre dos circuitos electrónicos integrados, cada uno de ellos con algunos milímetros cuadrados de superficie.
Con electrones
El siguiente paso ha sido el de las Universidades de Rochester y de Purdue porque han conseguido la teleportación mediante electrones individuales. El resultado es significativo por dos motivos.
En primer lugar, por la diferencia básica entre electrones y fotones: mientras los electrones son partículas propiamente dichas, los fotones en realidad son paquetes de energía electromagnética: no tienen masa ni carga y viajan a la velocidad de la luz. La manipulación humana de la materia básica ha subido un escalón con este desarrollo.
En segundo lugar, porque los electrones son más apropiados para que la teleportación sea útil para los ordenadores cuánticos: son prometedores para transmitir información en semiconductores, que son los que usan los ordenadores para transmitir información.
Los investigadores explican al respecto en un comunicado que los electrones individuales son mejores que los fotones porque interactúan muy fácilmente entre sí.
Añaden que los electrones individuales en semiconductores también son escalables: permiten crear de manera confiable interacciones de larga distancia entre electrones, lo que es esencial para la computación cuántica.
Obstáculo resuelto
Aunque esto ya se sabía, el recurso a los electrones para la teleportación cuántica estaba limitado porque tienen una clara desventaja para la computación cuántica: mientras los fotones se propagan a largas distancias, los electrones generalmente están confinados en un solo lugar.
Y este es el obstáculo que ha resuelto la nueva investigación: ha demostrado que los electrones individuales pueden teletransportase y aprovecharse para la computación cuántica. También que esta teleportación se puede conseguir sin recurrir a los fotones.
Se puede decir por tanto que tanto la teleportación como la computación cuántica han franqueado un umbral con este desarrollo tecnológico.
Este resultado, según los investigadores, allana el camino para futuras investigaciones sobre teletransportación cuántica que involucren estados diferentes de toda la materia, y no solo de los fotones, como se ha hecho hasta ahora.
Además, proporciona más evidencias de las capacidades sorprendentemente útiles de los electrones individuales en semiconductores.
Desde que en 1993 se estableciera por primera vez que el estado cuántico de una partícula elemental podía en teoría ser teletransportada, diferentes desarrollos han experimentado con la teleportación de fotones.
Se ha comprobado que funciona a distancias cada vez mayores, e incluso en el espacio y bajo el agua, culminando este proceso con la teleportación cuántica de forma segura dentro de un diamante, ocurrida en 2019.
Información, no materia
En realidad, de lo que se ha hablado siempre es de transportar la esencia última, y no la materia en sí del objeto, que permanece inamovible.
Una última proeza tecnológica en este campo se consiguió el año pasado: científicos de la Universidad de Bristol y de la Universidad Técnica de Dinamarca consiguieron por primera vez la teleportación cuántica entre dos chips de ordenador.
Esta tecnología subió entonces un escalón importante, ya que consiguió la teleportación entre dos circuitos electrónicos integrados, cada uno de ellos con algunos milímetros cuadrados de superficie.
Con electrones
El siguiente paso ha sido el de las Universidades de Rochester y de Purdue porque han conseguido la teleportación mediante electrones individuales. El resultado es significativo por dos motivos.
En primer lugar, por la diferencia básica entre electrones y fotones: mientras los electrones son partículas propiamente dichas, los fotones en realidad son paquetes de energía electromagnética: no tienen masa ni carga y viajan a la velocidad de la luz. La manipulación humana de la materia básica ha subido un escalón con este desarrollo.
En segundo lugar, porque los electrones son más apropiados para que la teleportación sea útil para los ordenadores cuánticos: son prometedores para transmitir información en semiconductores, que son los que usan los ordenadores para transmitir información.
Los investigadores explican al respecto en un comunicado que los electrones individuales son mejores que los fotones porque interactúan muy fácilmente entre sí.
Añaden que los electrones individuales en semiconductores también son escalables: permiten crear de manera confiable interacciones de larga distancia entre electrones, lo que es esencial para la computación cuántica.
Obstáculo resuelto
Aunque esto ya se sabía, el recurso a los electrones para la teleportación cuántica estaba limitado porque tienen una clara desventaja para la computación cuántica: mientras los fotones se propagan a largas distancias, los electrones generalmente están confinados en un solo lugar.
Y este es el obstáculo que ha resuelto la nueva investigación: ha demostrado que los electrones individuales pueden teletransportase y aprovecharse para la computación cuántica. También que esta teleportación se puede conseguir sin recurrir a los fotones.
Se puede decir por tanto que tanto la teleportación como la computación cuántica han franqueado un umbral con este desarrollo tecnológico.
Este resultado, según los investigadores, allana el camino para futuras investigaciones sobre teletransportación cuántica que involucren estados diferentes de toda la materia, y no solo de los fotones, como se ha hecho hasta ahora.
Además, proporciona más evidencias de las capacidades sorprendentemente útiles de los electrones individuales en semiconductores.
Bases cuánticas
La teleportación cuántica es posible gracias al entrelazamiento cuántico, una propiedad única de las partículas elementales.
Cuando dos partículas se entrelazan y se funden durante un tiempo, mantienen un vínculo incomprensible, incluso si están muy distantes entre sí.
Cualquier actuación en una de ellas se reflejará al instante en su pareja, sin necesidad de cable alguno: la información se teletransporta espontáneamente.
El entrelazamiento es la base de tecnologías en fase de desarrollo, tales como la computación cuántica, la criptografía cuántica, o la teleportación cuántica. Y en el pasado se ha comprobado también en electrones.
Salto tecnológico
Sin embargo, es extremadamente frágil y hasta ahora sólo se había observado en sistemas microscópicos como la luz, los electrones o los átomos, y también en circuitos eléctricos supraconductores.
Una investigación publicada en 2018 demostró incluso que el entrelazamiento cuántico se puede generar y detectar entre objetos más grandes : consiguió traer dos objetos distintos y en movimiento, casi visibles a simple vista, a un estado de entrelazamiento cuántico.
Lo que aporta la nueva investigación es haber comprobado que la teleportación también se puede usar en electrones individuales para mejorar la computación cuántica: consigue que los electrones realicen interacciones mecánico-cuánticas a distancia, que pueden usarse para la transmisión de información de una forma hasta ahora inédita.
La teleportación cuántica es posible gracias al entrelazamiento cuántico, una propiedad única de las partículas elementales.
Cuando dos partículas se entrelazan y se funden durante un tiempo, mantienen un vínculo incomprensible, incluso si están muy distantes entre sí.
Cualquier actuación en una de ellas se reflejará al instante en su pareja, sin necesidad de cable alguno: la información se teletransporta espontáneamente.
El entrelazamiento es la base de tecnologías en fase de desarrollo, tales como la computación cuántica, la criptografía cuántica, o la teleportación cuántica. Y en el pasado se ha comprobado también en electrones.
Salto tecnológico
Sin embargo, es extremadamente frágil y hasta ahora sólo se había observado en sistemas microscópicos como la luz, los electrones o los átomos, y también en circuitos eléctricos supraconductores.
Una investigación publicada en 2018 demostró incluso que el entrelazamiento cuántico se puede generar y detectar entre objetos más grandes : consiguió traer dos objetos distintos y en movimiento, casi visibles a simple vista, a un estado de entrelazamiento cuántico.
Lo que aporta la nueva investigación es haber comprobado que la teleportación también se puede usar en electrones individuales para mejorar la computación cuántica: consigue que los electrones realicen interacciones mecánico-cuánticas a distancia, que pueden usarse para la transmisión de información de una forma hasta ahora inédita.
Referencia
Conditional teleportation of quantum-dot spin states. Haifeng Qiao et al. Nature Communications, volume 11, Article number: 3022 (2020). DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-020-16745-0
Conditional teleportation of quantum-dot spin states. Haifeng Qiao et al. Nature Communications, volume 11, Article number: 3022 (2020). DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-020-16745-0