Primera teleportación de estados cuánticos complejos de alta dimensión
Han logrado teletransportar estados cuánticos complejos
Solo se habían transmitido estados de dos niveles
Científicos austriacos y chinos han logrado teletransportar estados cuánticos tridimensionales por primera vez, un logro que puede tener un papel importante en futuras computadoras cuánticas.
Investigadores de la Academia de Ciencias de Austria y la Universidad de Viena han demostrado experimentalmente lo que anteriormente era solo una posibilidad teórica. Junto con físicos cuánticos de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, han logrado teletransportar estados cuánticos complejos de alta dimensión. Los equipos de investigación informan de esta primicia en la revista Physical Review Letters.
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En su estudio, los investigadores teletransportaron el estado cuántico de un fotón (partícula de luz) a otro distante. Anteriormente, solo se habían transmitido estados de dos niveles ("qubits"), es decir, información con valores "0" o "1".
Sin embargo, los científicos lograron teletransportar un estado de tres niveles, un llamado 'qutrit'. En física cuántica, a diferencia de la informática clásica, "0" y "1" no son un "uno u otro", ambos simultáneamente, o algo intermedio, también es posible. El equipo austriaco-chino ha demostrado esto en la práctica con una tercera posibilidad "2".
Nuevo método experimental
Se sabe desde la década de 1990 que la teletransportación cuántica multidimensional es teóricamente posible. Sin embargo: "Primero, tuvimos que diseñar un método experimental para implementar la teletransportación de alta dimensión, así como para desarrollar la tecnología necesaria", dice Manuel Erhard, del Instituto de Viena de Óptica Cuántica e Información Cuántica de la Academia de Ciencias de Austria.
El estado cuántico a teletransportarse se codifica en los posibles caminos que puede tomar un fotón. Uno puede imaginar estos caminos como tres fibras ópticas. Lo más interesante es que, en física cuántica, un solo fotón también puede ubicarse en las tres fibras ópticas al mismo tiempo. Para teletransportar este estado cuántico tridimensional, los investigadores utilizaron un nuevo método experimental.
El núcleo de la teletransportación cuántica es la llamada medición de Bell. Se basa en un divisor de haz multipuerto, que dirige los fotones a través de varias entradas y salidas y conecta todas las fibras ópticas. Además, los científicos utilizaron fotones auxiliares, que también se envían al divisor de haces múltiples y pueden interferir con los otros fotones.
Mediante la selección inteligente de ciertos patrones de interferencia, la información cuántica se puede transferir a otro fotón lejos del fotón de entrada, sin que los dos interactúen físicamente. El concepto experimental no se limita a tres dimensiones, sino que, en principio, puede extenderse a cualquier cantidad de dimensiones, como subraya Erhard.
Con esto, el equipo de investigación internacional también ha dado un paso importante hacia aplicaciones prácticas como un futuro internet cuántico, ya que los sistemas cuánticos de alta dimensión pueden transportar mayores cantidades de información que los qubits. "Este resultado podría ayudar a conectar las computadoras cuánticas con capacidades de información más allá de los qubits", dice Anton Zeilinger, físico cuántico de la Academia de Ciencias de Austria y la Universidad de Viena, sobre el potencial innovador del nuevo método.
Los investigadores chinos participantes también ven grandes oportunidades en la teletransportación cuántica multidimensional. "Los fundamentos para los sistemas de redes cuánticas de próxima generación se basan en nuestra investigación fundamental de hoy", dice Jian-Wei Pan, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China. En el trabajo futuro, los físicos cuánticos se centrarán en cómo extender el conocimiento recién adquirido para permitir la teletransportación de todo el estado cuántico de un solo fotón o átomo.