Los investigadores avanzan 'Teleportación cuántica'

La mecánica cuántica puede ser confusa. Esta caricatura ayuda a explicar la investigación reciente de la NASA Jet Propulsion Laboratory, Universidad de Ginebra y del NIST.

 

El mundo en el nivel cuántico, en la escala de las partículas demasiado pequeñas para que los ojos puedan verlo, es muy extraño. Es posible, por ejemplo, para tener dos partículas que son "enredadas"--es decir, funcionan como si estuviesen conectados, incluso si están a muchos kilómetros de distancia entre sí.

Una nueva investigación coescrita por Francesco Marsili, microdispositivos Ingeniero en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, Pasadena, California, hace uso de este fenómeno en un avance tecnológico, publicado en la revista Nature Photonics. Los investigadores lograron teletransportarse información sobre el estado cuántico de un fotón, una partícula de luz, más de 15,5 millas (25 kilómetros) de fibra óptica a un cristal "Banco de memoria," estableciendo un nuevo récord de distancia recorrida en esta manera. El anterior récord en fibra óptica fue 3,7 millas (6 kilómetros). Este complejo fenómeno se llama "la teleportación cuántica".

 

 

Esta imagen muestra cristales que se utiliza para almacenar los fotones enredados, que se comportan como si fueran parte del mismo conjunto. Los científicos utilizan estos cristales en su proceso de teletransportarse al estado de un fotón a través de más de 15 millas (25 kilómetros) de fibra óptica. Fotografía: Félix Bussières/Universidad de Ginebra

 

 

La investigación podría tener implicaciones para la criptografía, que consiste en transmitir información de forma segura, incluyendo las comunicaciones entre la Tierra y la nave espacial.

"Nosotros podemos imprimir el estado de un sistema en otro sistema, incluso cuando los dos están separados", dijo Marsili. "Usar este efecto en las comunicaciones podría ayudar en la construcción de una red de comunicaciones de espacio intrínsecamente seguro--es decir, los canales de comunicación que no puede ser hackeado".

Marsili y sus colegas en el National Institute of Standards and Technology (NIST), Boulder, Colorado, desarrollaban dispositivos que pueden detectar partículas individuales de luz, llamadas fotones.

"Es difícil de detectar un fotón, así que tienes que hacer un detector sensible", dijo. "Aquí en el JPL, en colaboración con NIST, desarrollamos el detector más sensible en el mundo".

¿Cómo funciona la teleportación cuántica es complicada, pero puede ayudar una analogía para el principio detrás de ella: digamos que hay dos personas, Alice y Bob. Alice quiere Bob tener un fotón que se encuentra en el mismo "estado" como del fotón, que llamaremos fotón P. En aras de esta analogía, nos podrá pretender que el "estado" es de un color y photon P es amarillo. Una tercera persona había llamado a Charlie envía dos fotones enredados, fotones A Alice y fotón B a Bob, que se comporta como si son parte del mismo conjunto. Dos de estos fotones comienzan como azul.

"En un sistema enredado, cada parte está conectado a otro de una manera fundamental, tal que cualquier acción realizada en una parte del sistema de enredados tiene un efecto enredado en todo el sistema," dijo Marsili.

 

Dos fotones de Alicia, P, que es de color amarillo, y A, que es azul, "chocan". Alice mide los fotones como se aniquilan mutuamente. Aunque P y A son destruidos en el accidente, se conserva el color amarillo del P. Porque se enredan fotón A y B de fotones, el color amarillo es "transportado" a B. Pero para conseguir fotón B a amarillearse, como fotón P estaba originalmente, Alice necesita enviar Bob dos bits de información a B la forma "clásica"--por ejemplo, mediante el envío de pulsos de luz sobre una fibra óptica.

"Cuando Alicia mide el estado de su fotón, los cambios de Bob del fotón del estado, como si un interruptor," dijo Marsili. "Pero Bob no puede saber cómo el interruptor volcó a menos que Alice le envía los bits de información clásico". Bob no sabe que su fotón ha cambiado a amarillo sin esa información adicional.

Teleportación cuántica no significa alguien puede pop desde Nueva York a San Francisco instantáneamente, pero parece que la ciencia ficción en el sentido que el estado de una partícula (fotón P) es destruido en un lugar pero impreso en otro sistema remoto (fotón B) sin las dos partículas que interactúan.

Otra pieza fundamental de esta historia es que Bob tiene un cristal determinado, que sirve como un banco de memoria, para almacenar sus fotones enredados y sirviendo como el destinatario del estado cuántico.

Los investigadores alcanzaron la distancia récord de 15,5 millas (25 kilómetros) entre "Alice" y "Bob" gracias a los detectores ultrasensibles desarrollados en el JPL-NIST.

 

"Alcanzar esta distancia podría no hubiera sido posible sin los detectores de JPL NIST," dijo Félix Bussières en la Universidad de Ginebra, Suiza, quien es el autor principal del estudio.

Teleportación cuántica puede ser utilizada para hacer sistemas, tales como cuentas bancarias, más segura en largas distancias. Esto también es importante para impedir ataques a los canales de comunicación en el espacio.

"Si te comunicas con tus astronautas en Marte, no quieres tener los hackers rompen el canal codificado y darles información falsa," dijo Marsili.

El California Institute of Technology gestiona JPL de la NASA.

Contacto con los medios

Elizabeth Landau

Laboratorio de propulsión a chorro, Pasadena, Calif.

818-354-6425

Elizabeth.Landau@JPL.NASA.gov

 

Traducción: El Quelonio Volador