La teletransportación está aquí, pero no esperes

En 2005, el obituario del físico Asher Peres en la revista Physics Today nos contaba que cuando un periodista le preguntó si la teletransportación cuántica podía conservar el alma de la persona además de su cuerpo, el científico respondió: «No, no el cuerpo, sólo el alma». . » Más que una simple broma, la respuesta de Peres ofrece una descripción perfecta, incrustada en una metáfora, de la naturaleza de un fenómeno que hemos visto.

La teletransportación en la ciencia real comenzó a tomar forma en 1993, gracias a un análisis teórico publicado en Physical Review Letters por Peres y otros cinco investigadores, que estableció el marco para la teletransportación cuántica. Al parecer, fue idea del coautor Charles Bennett comparar el fenómeno propuesto con el concepto común de teletransportación, pero hay una diferencia esencial entre ficción y realidad: en esta última, el viaje no es importante, sino material. que transfiere propiedades. desde la materia original hasta la materia de destino.

La teletransportación cuántica se basa en una hipótesis que el físico Albert Einstein y sus colegas Boris Podolsky y Nathan Rosen describieron como la paradoja EPR en 1935. Como resultado de las leyes de la física cuántica, se pueden obtener dos partículas y separarlas en el espacio para continuar su división. propiedades como dos mitades de un todo.

Por tanto, una acción sobre uno de ellos (sobre A, o Alice, según la nomenclatura utilizada) influye inmediatamente en el otro (sobre B, o Bob). Este «comportamiento espeluznante a distancia», en palabras de Einstein, parece capaz de superar el límite de velocidad de la luz.

La teoría de este fenómeno, llamada entrelazamiento cuántico, fue desarrollada más tarde por John Stewart Bell en 1964 y respaldada por muchos experimentos. Peres, Bennett y el trabajo de sus colaboradores propusieron que una tercera partícula podría interactuar con la de Alice y perder un estado cuántico (el valor de una de las propiedades físicas de Bob) para ser transferido al de Bob, para restaurar ese estado.

Al mover la materia, la partícula de Bob se convertiría en un duplicado de la partícula interactiva Alice, por lo que nunca habría ninguna interacción física entre ellas.

Varios experimentos han logrado esta teletransportación cuántica desde 1998, inicialmente utilizando fotones individuales, luego átomos y sistemas complejos. Al principio, el fenómeno se observó a corta distancia, pero en estudios posteriores se amplió a cientos de metros y kilómetros.

El récord actual es la teletransportación de fotones a 1.400 kilómetros de la Tierra hasta el satélite Micius en órbita terrestre, un logro exitoso del equipo dirigido por Jian-Wei Pan de la Universidad China de Ciencia y Tecnología de Hefei (USTC) en 2017.

Lo que se transmite en estos experimentos es información codificada en bits. Un bit es una unidad de información binaria simple que toma un valor de 0 o 1. Por ejemplo, el giro de una partícula (un tipo de rotación) puede contener información en su aplicación a estados cuánticos.

Pero en la versión de la cantidad del bit, el qubit, su valor puede ser 0 o 1 u otro valor, como 2, ya que los mecanismos de la cantidad permiten estados superpuestos. Es por esto que la computación cuántica se considera una tecnología más poderosa que las computadoras tradicionales, ya que tiene una capacidad mucho mayor para almacenar y procesar información.

Sin embargo, es fundamental destacar que la teletransportación cuántica no sirve para transmitir datos de forma instantánea o a velocidades superiores a la de la luz. La explicación es que Bob necesita conocimiento extra sobre la medición de Alice que no se transmite a través del sistema de partículas entrelazadas y por lo tanto debe transmitirse a través de otro canal; Se deben transmitir dos bits clásicos por cada qubit teletransportado, y esto sólo puede lograrse mediante medios convencionales que en su mayoría pueden superar la velocidad de la luz.

Sin embargo, a pesar de esta restricción, las posibilidades de la teletransportación cuántica parecen cada vez más interesantes a medida que se alcanzan nuevos hitos. Este año, dos equipos de investigación documentaron por primera vez la transmisión de qutrits, o unidades de información tridimensionales (que pueden tomar tres valores, 0, 1 y 2).

«Ambos estudios demostraron la teletransportación de qutrit. La principal diferencia es la herramienta que utilizamos», explica a OpenMind Bi-Heng Liu, físico de la UCTC y coautor de una investigación que aún no ha sido publicada.

Sin embargo, todavía existe cierta controversia entre los dos equipos. Según explica a OpenMind el físico Chao-Yang Lu, también de la UCTC y coautor de la otra investigación, publicada en Physical Review Letters, sobre el trabajo de sus colegas, “la existencia cuántica de gran parte de la Teletransportación no ha sido confirmada”.

El coautor del mismo estudio, Manuel Erhard, de la Universidad de Viena, también cree que en el experimento de Liu «las mediciones y los resultados no son suficientes para afirmar que se trata de un teletransporte cuántico tridimensional genuino y universal». Liu, por su parte, defiende sus resultados: «Hicimos una simulación numérica y confirmamos el teletransporte de qutrit».

El debate también amplía las posibilidades de extender el dispositivo a más dimensiones. Según Liu, «ambos esquemas son escalables». Por su parte, Erhard sostiene que su propio sistema se puede ampliar fácilmente a cualquier dimensión: «El desarrollo tecnológico consiste en seguir mejorando la dimensión», afirma. Por otro lado, no está seguro de que el programa de sus colegas diga lo mismo.

Pero ¿qué sentido tiene ampliar estos estudios a más dimensiones? «La teletransportación cuántica de alta dimensión es posible en redes cuánticas», explica Erhard a OpenMind. «Por tanto, imaginamos una potencial red cuántica de mayor dimensión basada en el alfabeto. Éstas tienen la ventaja de una mayor capacidad de información y, por ejemplo, una mayor resistencia al ruido.

Pasar de qubit a qutrit, y de ahí a ququart, etc., sienta las bases para futuras redes de computación cuántica. Lu espera que su método alcance la llamada supremacía cuántica, el poder de la computación clásica para resolver problemas inalcanzables: «Estamos introduciendo experimentos de computación cuántica multidimensional y multifotónica llamados muestreo del bosón, y esperamos que en un futuro próximo monitorear entre 30 y 50 fotones para lograr la supremacía cuántica».