Fuente: IQOQI/Vienna.
Un equipo de físicos de la Universidad de Viena y de la Academia Austriaca de las Ciencias ha logrado llevar a cabo una teleportación cuántica a una distancia récord de 143 kilómetros, entre las islas de La Palma y Tenerife. El logro supone un importante paso hacia la comunicación cuántica por satélite y hacia la creación de una red de comunicación cuántica global, publica la Universidad de Viena en un comunicado.
La idea de la teleportación cuántica –la posibilidad de transferir objetos cuánticos de una localización a otra sin que estos viajen por el espacio intermedio- no es nueva y se remonta a 1993, cuando se descubrió que el estado cuántico de un objeto, es decir, la información que lo describe, podía en teoría ser teletransportada.
Entonces, se imaginó que era posible llevar de un lugar a otro una entidad muy pequeña, sin moverla de su posición original. En realidad, de lo que se hablaba era de transportar su esencia última y no la materia del objeto, que permanece inamovible tanto en el punto de partida como de llegada.
En base a este razonamiento, en 1997 se comprobó que la teleportación era posible, referida a partículas cuánticas separadas entre sí no más de un metro. Posteriormente, la distancia de teleportación de partículas cuánticas ha ido aumentando.
Por ejemplo, en 2005, científicos de la Universidad de Ginebra consiguieron transportar el estado cuántico de un fotón a dos kilómetros de distancia, la que separaba dos laboratorios unidos entre sí por una línea de fibra óptica, publicó Nature. Y, hace tan solo unos meses, un equipo de físicos de la Universidad de Shangai consiguió teletransportar fotones a lo largo de 97 kilómetros, según ha publicado Arxiv.
Cimientos para una red cuántica de información global
Ahora, los científicos austriacos, dirigidos por el físico Anton Zeilinger, han logrado transmitir estados cuánticos a través de una distancia aún mayor: los 143 kilómetros que separan las dos islas canarias de La Palma y Tenerife.
El logro establece los cimientos para una futura red cuántica de información global, afirman los científicos, en la que los efectos de la mecánica cuántica aumentarán la seguridad del intercambio de información, y permitirán la realización de ciertos cálculos de manera más eficiente que con las tecnologías convencionales.
De hecho, en un futuro “Internet cuántico”, la teleportación cuántica resultará un protocolo clave para la transmisión de información entre ordenadores cuánticos, aseguran.
Pero para que la teleportación cuántica pueda ser usada tanto para la transmisión de mensajes como para operaciones en futuros ordenadores cuánticos, los fotones que codifican los estados cuánticos transmitidos deben ser transportados de un modo fiable a lo largo de grandes distancias, sin comprometer el frágil estado cuántico.
La idea de la teleportación cuántica –la posibilidad de transferir objetos cuánticos de una localización a otra sin que estos viajen por el espacio intermedio- no es nueva y se remonta a 1993, cuando se descubrió que el estado cuántico de un objeto, es decir, la información que lo describe, podía en teoría ser teletransportada.
Entonces, se imaginó que era posible llevar de un lugar a otro una entidad muy pequeña, sin moverla de su posición original. En realidad, de lo que se hablaba era de transportar su esencia última y no la materia del objeto, que permanece inamovible tanto en el punto de partida como de llegada.
En base a este razonamiento, en 1997 se comprobó que la teleportación era posible, referida a partículas cuánticas separadas entre sí no más de un metro. Posteriormente, la distancia de teleportación de partículas cuánticas ha ido aumentando.
Por ejemplo, en 2005, científicos de la Universidad de Ginebra consiguieron transportar el estado cuántico de un fotón a dos kilómetros de distancia, la que separaba dos laboratorios unidos entre sí por una línea de fibra óptica, publicó Nature. Y, hace tan solo unos meses, un equipo de físicos de la Universidad de Shangai consiguió teletransportar fotones a lo largo de 97 kilómetros, según ha publicado Arxiv.
Cimientos para una red cuántica de información global
Ahora, los científicos austriacos, dirigidos por el físico Anton Zeilinger, han logrado transmitir estados cuánticos a través de una distancia aún mayor: los 143 kilómetros que separan las dos islas canarias de La Palma y Tenerife.
El logro establece los cimientos para una futura red cuántica de información global, afirman los científicos, en la que los efectos de la mecánica cuántica aumentarán la seguridad del intercambio de información, y permitirán la realización de ciertos cálculos de manera más eficiente que con las tecnologías convencionales.
De hecho, en un futuro “Internet cuántico”, la teleportación cuántica resultará un protocolo clave para la transmisión de información entre ordenadores cuánticos, aseguran.
Pero para que la teleportación cuántica pueda ser usada tanto para la transmisión de mensajes como para operaciones en futuros ordenadores cuánticos, los fotones que codifican los estados cuánticos transmitidos deben ser transportados de un modo fiable a lo largo de grandes distancias, sin comprometer el frágil estado cuántico.
Datos enviados con la información cuántica
En este sentido han trabajado los físicos de la Universidad de Viena, y el resultado ha sido el establecimiento de una conexión cuántica adecuada para la teleportación cuántica a distancias de más de 100 kilómetros, lo que abre un nuevo horizonte para la comunicación cuántica.
Xiao-song Ma, uno de los científicos implicados en el experimento explica las dificultades afrontadas en este proceso: “La realización de la teleportación cuántica a una distancia de 143 kilómetros ha supuesto un desafío tecnológico enorme”.
Los fotones tuvieron que ser enviados a través de la turbulenta atmósfera entre las dos islas. Además, el uso de fibras ópticas no es adecuado para experimentos de teleportación a grandes distancias, porque la pérdida de señal puede ser demasiado aguda.
Por ambas razones, para alcanzar su objetivo, los científicos tuvieron que llevar a cabo una serie de innovaciones técnicas con la ayuda de un grupo teórico del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica de Alemania, y de un grupo experimental de la Universidad de Waterloo, en Canadá.
Entre estas innovaciones, según Ma, un paso clave ha sido “el método conocido como ‘active feed-forward’, que ha sido usado por vez primera en un experimento a larga distancia. (Este método) nos ayudó a doblar la tasa de transferencia”.
En un protocolo ‘active feed-forward’, los datos convencionales son enviados junto con la información cuántica, permitiendo al receptor descifrar la señal transferida con una gran eficiencia.
Misión cuántica con satélites
Según Anton Zeilinger, los resultados obtenidos demuestran “la madurez actual de las ‘tecnologías cuánticas’, y lo útiles que estas pueden ser para aplicaciones prácticas”.
El físico añade que “el próximo paso será la teleportación cuántica basada en satélites, que permitirá la comunicación cuántica a escala global. Ahora hemos dado un paso importante en esta dirección y aplicaremos nuestros conocimientos en una cooperación internacional, que implicará a colaboradores de la Academia China de las Ciencias. El objetivo es lanzar una ‘misión cuántica con satélites’”.
Rupert Ursin, que ha trabajado con Zeilinger en experimentos a larga distancia desde 2002, explica a este respecto: “Nuestros últimos resultados son muy alentadores para futuros experimentos en los que intercambiaremos señales entre la Tierra y satélites o enviaremos mensajes de un satélite a otro”.
“En el trayecto por la atmósfera entre La Palma y Tenerife, nuestras señales resultaron debilitadas. A pesar de todo, fuimos capaces de realizar un experimento de teleportación cuántica. En experimentos basados en satélites, las distancias a ser recorridas serán más largas, pero las señales atravesarán menos atmósfera (los satélites en órbita terrestre baja vuelan a entre 200 y 1.200 kilómetros de la superficie de la Tierra). Ahora hemos creado una buena base para estos experimentos”, concluye Ursin con optimismo.
En este sentido han trabajado los físicos de la Universidad de Viena, y el resultado ha sido el establecimiento de una conexión cuántica adecuada para la teleportación cuántica a distancias de más de 100 kilómetros, lo que abre un nuevo horizonte para la comunicación cuántica.
Xiao-song Ma, uno de los científicos implicados en el experimento explica las dificultades afrontadas en este proceso: “La realización de la teleportación cuántica a una distancia de 143 kilómetros ha supuesto un desafío tecnológico enorme”.
Los fotones tuvieron que ser enviados a través de la turbulenta atmósfera entre las dos islas. Además, el uso de fibras ópticas no es adecuado para experimentos de teleportación a grandes distancias, porque la pérdida de señal puede ser demasiado aguda.
Por ambas razones, para alcanzar su objetivo, los científicos tuvieron que llevar a cabo una serie de innovaciones técnicas con la ayuda de un grupo teórico del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica de Alemania, y de un grupo experimental de la Universidad de Waterloo, en Canadá.
Entre estas innovaciones, según Ma, un paso clave ha sido “el método conocido como ‘active feed-forward’, que ha sido usado por vez primera en un experimento a larga distancia. (Este método) nos ayudó a doblar la tasa de transferencia”.
En un protocolo ‘active feed-forward’, los datos convencionales son enviados junto con la información cuántica, permitiendo al receptor descifrar la señal transferida con una gran eficiencia.
Misión cuántica con satélites
Según Anton Zeilinger, los resultados obtenidos demuestran “la madurez actual de las ‘tecnologías cuánticas’, y lo útiles que estas pueden ser para aplicaciones prácticas”.
El físico añade que “el próximo paso será la teleportación cuántica basada en satélites, que permitirá la comunicación cuántica a escala global. Ahora hemos dado un paso importante en esta dirección y aplicaremos nuestros conocimientos en una cooperación internacional, que implicará a colaboradores de la Academia China de las Ciencias. El objetivo es lanzar una ‘misión cuántica con satélites’”.
Rupert Ursin, que ha trabajado con Zeilinger en experimentos a larga distancia desde 2002, explica a este respecto: “Nuestros últimos resultados son muy alentadores para futuros experimentos en los que intercambiaremos señales entre la Tierra y satélites o enviaremos mensajes de un satélite a otro”.
“En el trayecto por la atmósfera entre La Palma y Tenerife, nuestras señales resultaron debilitadas. A pesar de todo, fuimos capaces de realizar un experimento de teleportación cuántica. En experimentos basados en satélites, las distancias a ser recorridas serán más largas, pero las señales atravesarán menos atmósfera (los satélites en órbita terrestre baja vuelan a entre 200 y 1.200 kilómetros de la superficie de la Tierra). Ahora hemos creado una buena base para estos experimentos”, concluye Ursin con optimismo.
Referencia bibliográfica
Xiao-Song Ma, Thomas Herbst, Thomas Scheidl, Daqing Wang, Sebastian Kropatschek, William Naylor, Bernhard Wittmann, Alexandra Mech, Johannes Kofler, Elena Anisimova, Vadim Makarov, Thomas Jennewein, Rupert Ursin & Anton Zeilinger. Quantum teleportation over 143 kilometres using active feed-forward. In: Nature. DOI:10.1038/nature11472 (2012).
Xiao-Song Ma, Thomas Herbst, Thomas Scheidl, Daqing Wang, Sebastian Kropatschek, William Naylor, Bernhard Wittmann, Alexandra Mech, Johannes Kofler, Elena Anisimova, Vadim Makarov, Thomas Jennewein, Rupert Ursin & Anton Zeilinger. Quantum teleportation over 143 kilometres using active feed-forward. In: Nature. DOI:10.1038/nature11472 (2012).