Teletransportan un qubit fotónico a 7 metros conservando su información

Por primera vez, un equipo de científicos ha conseguido aunar la teleportación y la memoria cuántica en un experimento único, lo que supondría un paso más hacia el logro de la comunicación cuántica, informa la revista Physorg.com.

Este logro científico supone un paso más hacia la fabricación de un ordenador cuántico, en el que la información estaría gestionada y desarrollada por qubits, a diferencia de en los ordenadores convencionales, en los que esta labor la realizan los bits o dígitos binarios. Los bits oscilan constantemente entre el 0 y el 1 mientras llevan a cabo su trabajo. La física cuántica, por el contrario, permite a partículas, como un átomo, un electrón o un fotón, estar en dos sitios a la vez (superposición cuántica, lo que quiere decir que los qubits son capaces de representar el 1 y el 0 al mismo tiempo, permitiendo hacer cálculos mucho más complejos.

Teleportación, qubits y estados entrelazados

La teleportación o teletransportación consiste en mover partículas de un lugar a otro instantáneamente, sin usar medios convencionales de transporte. Este desplazamiento se produce sin necesidad de establecer contacto físico directo con el objeto para que éste se mueva.

Cuando los qubits son teleportados a través de cualquier distancia, los enviados y recibidos no tienen ninguna conexión física entre sí, y ni siquiera conocen la existencia del otro. Sin embargo, a través de un fenómeno cuántico denominado “entrelazado” (en inglés, entangled), se producen entre ellos correlaciones cuánticas, lo que permite que un qubit determinado asuma el estado cuántico de otro.

Cuando los qubits son teleportados a través de cualquier distancia, los enviados y recibidos no tienen ninguna conexión física entre sí, y ni siquiera conocen la existencia del otro. Sin embargo, a través de un fenómeno cuántico denominado “entrelazado” (en inglés, entangled), se producen entre ellos correlaciones cuánticas, lo que permite que un qubit determinado asuma el estado cuántico de otro.

Los estados cuánticos implicados en los qubits fotónicos son codificados en la polarización de los fotones (o alineación de los campos eléctricos que éstos emiten). En este experimento, dos grupos de átomos de rubidio codificaron la información como un estado colectivo de espín sobre todos los electrones presentes en el grupo de átomos. El espín es una propiedad física de las partículas subatómicas, por la cual toda partícula elemental tiene un momento angular magnético intrínseco de valor fijo. Se trata de una propiedad de la partícula como lo es la masa o la carga eléctrica.

Memoria demasiado breve

Los científicos transfirieron un estado cuántico desconocido de un qubit fotónico a la memoria cuántica vía teleportación, almacenándolo en los dos grupos de átomos de rubidio. Cada uno de estos grupos contenía aproximadamente un millón de átomos, que fueron aglomerados por una red magneto-óptica. El qubit fotónico teleportado pudo almacenarse en la memoria y ser leído hasta ocho microsegundos (un microsegundo es la millonésima parte de un segundo) antes de que su estado cuántico se perdiese.

En primer lugar, los científicos entrelazaron el estado de polarización de los fotones y el estado del espín de los dos conjuntos de átomos de rubidio. Este entrelazado se aprovechó entonces para teleportar el estado desconocido de un único qubit fotónico a un qubit atómico situado a siete metros de distancia. Esto se consigue tomando una medida simultánea de los fotones entrelazados y del fotón teleportado. Tomando esta medida se entrelazan los dos fotones y se proyecta el estado del segundo fotón a los conjuntos de átomos.

El problema radica en que la duración de la memoria cuántica resultante (albergada en los átomos de rubidio) es demasiado breve, y en que la probabilidad de que el fotón sea teleportado es baja. Por eso, los investigadores aseguran que serán necesarias mejoras significativas antes de que este esquema pueda ser llevado a aplicaciones prácticas.

Futuras tecnologías cuánticas

Los resultados de este experimento han sido publicados por Nature Physics, sobre el cual la Universidad de Wien ha difundido también un comunicado. Por su parte, Arxiv ha publicado asimismo la versión completa del artículo.

El experimento fue llevado a cabo por científicos de la Universidad de Heidelberg, en Alemania, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China y del Instituto Atómico de Austria. Ha sido dirigido por el profesor Jian-Wei Pan, de la Universidad de Heidelberg.

Pan ha explicado que “el interfaz para mapear los estados cuánticos de los fotones en los estados cuánticos de la materia, y recuperarlos sin destruir el carácter cuántico de la información almacenada, resulta esencial para el desarrollo de las futuras tecnologías cuánticas. Este logro supone un importante paso hacia la conexión eficiente y la escalabilidad (en ingeniería informática, habilidad de un sistema para manejar el crecimiento continuo de trabajo de manera fluida) de las redes cuánticas”.

Las dos aplicaciones más importantes de la información cuántica se dan en el dominio de la criptografía y en el de la computación. Mediante la criptografía cuántica, es posible enviar y recibir mensajes cifrados con la total seguridad de una clave indescifrable.

Revolución en el mundo de la información

En las últimas dos décadas se ha desarrollado rápidamente el campo de investigación del procesamiento de información cuántica, con grandes progresos teóricos y experimentales que pronto podrían resultar en aplicaciones prácticas, según la revista New Journal of Physics.

Hace unos años, un equipo de científicos propuso la integración en un ordenador clásico de un sistema cuántico para aumentar desmesuradamente la velocidad y el volumen de los procesos de información. El modelo consistía en un calculador clásico controlado por un subsistema cuántico, que funcionaría a base de unidades de información qubits.

Por otro lado, a principios de 2007, la empresa canadiense D-Wave Systems anunciaba el lanzamiento del primer ordenador cuántico que podría tener viabilidad comercial. Se trataba de un prototipo artesanal capaz de resolver problemas sencillos. Para finales de 2008 se anunciaba asimismo la aparición de un nuevo prototipo con mayor capacidad.

Poco a poco, por tanto, se va abriendo paso este nuevo concepto de información, basado en la naturaleza cuántica de las partículas elementales, que promete llegar a abrir increíbles posibilidades al procesamiento de datos. Los especialistas vaticinan que la realidad cuántica llegará a revolucionar el mundo de la información.