Físicos chinos aseguran haber batido el récord de teletransportación cuántica

Físicos chinos afirman haber transportado en estado cuántico  fotones casi 100 kilómetros en espacio libre, rompiendo el récord anterior por un factor de 100. El desarrollo podría allanar el camino para las comunicaciones por satélite cuántico, o  pruebas fundamentales de mecánica cuántica a largas distancias.

El teletransporte cuántico es una manera de transferir un estado cuántico de un lugar a otro sin tener que enviar una partícula en ese estado a través del espacio. En el mundo real, dos personas, Alice y Bob, tomarían cada uno una media de un par de partículas entrelazadas que luego irían por caminos separados. Cada vez que Alice quisiera enviar un estado cuántico a Bob, usaría una tercera partícula en ese estado para interactuar con ella la mitad de las partículas entrelazadas.

Alice envía el resultado de la medición  a Bob con un medio convencional (no cuántico). Bob usaría entonces esta información para modificar su medio del par entrelazado de tal manera que estuviera en un estado cuántico idéntico al estado que Alice quería enviar. Esto ocurre a pesar del hecho de que Alice nunca envíe realmente una partícula en ese estado. Otro resultado extraño de este proceso es que a pesar que la copia original del estado de Alice es destruida al llevar a cabo su medición, Bob puede hacerla reaparecer a casi 100 kilómetros de distancia.

Este proceso fue propuesto por primera vez en 1993 por Charles Bennett de IBM y funciona a causa de la extraña propiedad de entrelazamiento. Esto permite que dos o más partículas, después de haber interactuado,  permanecen unidas en una manera imposible en la física clásica; no importa la distancia que las separa. La propuesta de Bennett, la teleportación cuántica, se ha realizado a través de distancias cortas en el laboratorio usando fotones y átomos, y en distancias kilométricas utilizando cables de fibra óptica. En 2010 el físico Jian-Wei Pan, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China en Shanghai y sus colegas consiguió  teletranspor fotones más de 16 kilómetros sin utilizar ningún tipo de fibra óptica; es decir, en espacio libre.

Pan dice que la demostración limitaba el uso práctico, ya que el fotón teletransportado tenía que estar preparado “dentro” del experimento. Esto es contrario a la operación de las actuales redes cuánticas, que procesan bits cuánticos de información, o qubits, que son desconocidos y vienen del exterior. “En la mayoría de los sistemas de comunicación cuántica y en computación cuántica distribuida, el estado inicial es desconocido y proviene de un qubit independiente”, dice.

Ahora, el equipo de Pan afirma haber repetido el experimento con fotones creados fuera de qubits, y ampliar la distancia de teletransporte a 97 kilómetros; al otro lado del lago Qinghai en China occidental. El experimento comienza con un intermediario, “Charlie”, que preparara un par de fotones entrelazados mediante el envío de un rayo láser ultravioleta a través de un cristal de bario. “Charlie” envía la mitad de estos fotones entrelazados a un grupo llamado “Alice” formado por investigadores cercanos, y la otra mitad a un grupo llamado “Bob” con investigadores al otro lado del lago, a través de un telescopio. Usando un láser ultravioleta, el grupo Alice crea nuevos fotones que teletransportan y les permite interactuar con los fotones entrelazados originales, mediante la realización de una medición llamada de Bell.

En el paso final, el grupo Alice transmite el resultado de las mediciones de Bell al grupo de Bob a través de un enlace inalámbrico convencional. El equipo de Pan encontró que el grupo de Bob podría volver a recrear los nuevos fotones del grupo de Alice con una fidelidad del 80%; es decir, los fotones teletransportados, en promedio, retenían el 80% de sus características en comparación con la forma anterior.

Pan cree que los resultados constituyen un nuevo récord. “En comparación con la teleportación cuántica con fotones anterior, nuestro experimento ha aumentado la distancia en dos órdenes de magnitud“, dice. “Nuestros resultados muestran la factibilidad de realizar teletransporte cuántico entre  satélites y estaciones terrestres. El logro de la comunicación cuántica y la realización de las pruebas fundamentales de las leyes de la mecánica cuántica a escala mundial es sin duda el próximo objetivo.”

El físico Nicolas Gisin, de la Universidad de Ginebra en Suiza, que es co-fundador de una compañía llamada Quantique ID que fabrica sistemas de criptografía cuántica, alaba la obra, pero cree que es “ligeramente engañosa”. Una trampa potencial, dice, es que el mismo láser ultravioleta parece estar generando tanto los fotones entrelazados como los fotones para ser transportados, lo cual no sucedería en un sistema práctico. Otro engaño se refiere a lo que sucede realmente cuando se realiza el teletransporte. “Cuando la mediciónde estado de Bell (lo que desencadena el proceso de teletransporte) se lleva a cabo por Alice, el fotón viaja hacia Bob sin prácticamente alejarse”, dice Gisin. “En el mejor de los casos está a unos metros de distancia. Por lo tanto, afirmar que la teletransportación cubrió más de 97 kilometros es un poco excesivo”.

Sin embargo, Gisin cree que la manifestación es “impresionante”.“Este trabajo es bienvenido y atraerá la atención”, añade.

Los resultados han sido publicados en arXiv 

Autor: Jon Cartwright

Enlace original: Physicists claim new quantum-teleportation record