Convertir el ruido cuántico en un gran avance en teletransportación

Los investigadores de teletransportación cuántica han desarrollado un método para mejorar la calidad de la teletransportación en condiciones ruidosas mediante el uso de entrelazamiento híbrido de fotones y han logrado transferencias de estado casi perfectas. Crédito: SciTechDaily.com

Los investigadores lograron realizar una teletransportación cuántica casi perfecta a pesar de la presencia de ruido que normalmente dificulta la transferencia del estado cuántico.

En la teletransportación, el estado de una partícula cuántica, o qubit, se transfiere de un lugar a otro sin enviar la propia partícula. Esta transferencia requiere recursos cuánticos, como el entrelazamiento entre un par adicional de qubits. En un caso ideal, la transferencia y teletransportación del estado del qubit se puede realizar perfectamente. Sin embargo, los sistemas del mundo real son vulnerables al ruido y las interferencias, lo que ralentiza y limita la calidad de la teletransportación.

Avances en teletransportación resistente al ruido

Investigadores de la Universidad de Turku, Finlandia, y de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, Hefei, propusieron ahora una idea teórica y realizaron los experimentos correspondientes para superar este problema. En otras palabras, el nuevo enfoque permite lograr un teletransporte de alta calidad a pesar de la presencia de ruido.

«El trabajo se basa en una idea de distribución del entrelazamiento -antes de ejecutar el protocolo de teletransporte- más allá de los qubits utilizados, es decir, explota el entrelazamiento híbrido entre diferentes grados físicos de libertad», afirma el profesor Jyrki Piilo de la Universidad de Turku.

Técnica de entrelazamiento híbrido

Convencionalmente, la polarización de fotones se ha utilizado para entrelazar qubits en teletransportación, mientras que el enfoque actual explota el entrelazamiento híbrido entre la polarización de fotones y la frecuencia.

«Esto permite un cambio significativo en la forma en que el ruido influye en el protocolo y, de hecho, nuestro descubrimiento invierte el papel del ruido de ser dañino a beneficioso para la teletransportación», describe Piilo.

Con el entrelazamiento convencional de qubits en presencia de ruido, el protocolo de teletransportación no funciona. En el caso de que inicialmente haya un enredo híbrido y no haya ruido, la teletransportación tampoco funciona.

«Sin embargo, cuando tenemos entrelazamiento híbrido y añadimos ruido, la teletransportación y la transferencia de estados cuánticos se producen casi perfectamente», afirma el Dr. Olli Siltanen, cuya tesis doctoral presentó la parte teórica de la investigación actual.

Implicaciones de la investigación

En general, el descubrimiento permite una teletransportación casi ideal a pesar de la presencia de cierto tipo de ruido cuando se utilizan fotones para la teletransportación.

«Si bien hemos realizado muchos experimentos sobre diferentes aspectos de la física cuántica de fotones en nuestro laboratorio, fue emocionante y muy gratificante ver este desafiante experimento de teletransportación completado con éxito», dice el Dr. Zhao-Di Liu de la Universidad de Ciencia y Tecnología. de China, Hefei.

«Se trata de un importante experimento de prueba de principio en el contexto de uno de los protocolos cuánticos más importantes», afirma el profesor Chuan-Feng Li de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, Hefei.

Aplicaciones e investigaciones futuras

La teletransportación tiene aplicaciones importantes, por ejemplo, en la transmisión de información cuántica, y es de gran importancia contar con enfoques que protejan esta transmisión del ruido y que puedan usarse para otras aplicaciones cuánticas. Los resultados del estudio actual pueden considerarse como una investigación básica que tiene una importancia fundamental significativa y abre caminos intrigantes para trabajos futuros para ampliar el enfoque a tipos generales de fuentes de ruido y otros protocolos cuánticos.

Referencia: «Superar el ruido en la teletransportación cuántica con entrelazamiento híbrido multipartito» por Zhao-Di Liu, Olli Siltanen, Tom Kuusela, Rui-Heng Miao, Chen-Xi Ning, Chuan-Feng Li, Guang-Can Guo y Jyrki Piilo, 1 de mayo 2024, Avances científicos.
DOI: 10.1126/sciadv.adj3435