La teletransportación cuántica está lista para cambiar el mundo.
Suena a ciencia ficción que el estado cuántico de un sistema pueda transferirse o “teletransportarse” a otro sistema situado a gran distancia y a una velocidad cercana a la de la luz.
Es real y ha sido probado – a escalas relativamente pequeñas. Pero si las computadoras cuánticas alguna vez van a comunicarse a través de grandes redes, necesitarán una forma de enviar mucha información cuántica a la vez, lo que significa ampliarla.
Un nuevo avance representa el siguiente paso en el viaje del ancho de banda cuántico: un equipo de físicos dirigido por Jietai Jing de la Universidad Normal del Este de China ha logrado la teletransportación cuántica a través de 100 canales simultáneos, lo que se demuestra al teletransportar con éxito la información cuántica codificada en una imagen de 100 píxeles.
“Hasta donde sabemos, es de hecho el mayor número de canales de teletransportación cuántica direccionables de forma independiente jamás demostrados simultáneamente”, dijo Jing a ScienceAlert.
“En principio, esta arquitectura podría proporcionar una interfaz flexible de alta capacidad para futuras redes de comunicación cuántica”.
La teletransportación cuántica se propuso por primera vez en 1993 y se demostró experimentalmente unos años más tarde.
A pesar de su nombre, no implica que la materia desaparezca de un lugar y reaparezca en otro. En cambio, la teletransportación cuántica transfiere el estado cuántico de un sistema a otro utilizando un estado entrelazado compartido y una comunicación clásica.
Desde aquellos primeros experimentos, los científicos han teletransportado estados cuánticos utilizando fotones, átomos y qubits de estado sólido, y a través de distancias de más de 100 kilómetros, incluso desde la Tierra hasta un satélite.
Pero la distancia es sólo una de las formas en que la teletransportación cuántica necesita escalar. La capacidad es otra.
La mayoría de los experimentos de teletransportación cuántica han involucrado un solo canal o un número relativamente pequeño de canales multiplexados. Sin embargo, una red cuántica a gran escala necesitaría hacer malabarismos con muchos estados cuánticos en paralelo.
Esto es complicado de hacer porque cada canal adicional necesita un recurso entrelazado correspondiente, que coincida con precisión con la información cuántica que se teletransporta.
Los enfoques convencionales también pueden requerir detección, procesamiento electrónico y modulación por separado para cada canal. Cuantos más canales agregue, más complicado se vuelve el aparato.
Jing y sus colegas abordaron el problema organizando 100 modos de luz separados espacialmente en una cuadrícula de 10 por 10. Cada modo podría controlarse de forma independiente, lo que proporcionaría a los investigadores 100 canales de teletransportación cuántica separados.
Luego crearon una rejilla coincidente de luz entrelazada y desarrollaron un sistema totalmente óptico que podría procesar los 100 canales en paralelo, en lugar de requerir una alimentación electrónica separada para cada uno.
“Al superar estos dos desafíos, implementamos la teletransportación cuántica de 100 modos espaciales con fidelidades que superan sus límites clásicos correspondientes”, dijo Jing.
El siguiente paso fue poner a prueba el sistema, y aquí es donde entra en juego la “imagen”, aunque no debe entenderse como una imagen que desaparece de un lugar y aparece en otro, explicó Jing.
“En nuestro experimento, la imagen se codifica en una matriz de 10 × 10 de modos ópticos espaciales. Cada modo puede considerarse como un píxel”, dijo.
“Más precisamente, la información transferida por teletransportación cuántica es el estado cuántico continuo-variable del campo óptico en cada modo espacial, caracterizado por su amplitud y cuadraturas de fase.
“El patrón de intensidad formado por todos estos modos representaba colectivamente la letra ‘Q'”.
En otras palabras, cada uno de los 100 modos de luz actuó como un píxel, transportando parte de la información necesaria para crear la Q. El equipo teletransportó el estado cuántico codificado en cada modo en paralelo y reconstruyó el patrón en el extremo receptor.
Pero la reproducción de la Q no fue la única señal de que se había producido la teletransportación cuántica.
Los investigadores también midieron qué tan cerca coincidían los estados cuánticos en el extremo receptor con los estados en la entrada. Esto se mide utilizando una cantidad conocida como fidelidad, que varía de 0 a 1, y los valores más altos indican una coincidencia más cercana.
En toda la imagen, los investigadores lograron una fidelidad promedio de 0,60. Puede que esto no suene particularmente impresionante, hasta que lo compares con el límite clásico correspondiente: la fidelidad promedio de 0,52 posible sin la ayuda del entrelazamiento cuántico.
Los investigadores demostraron que la fidelidad de la teletransportación cuántica superó el límite clásico en los 100 modos espaciales.
Es un hallazgo que sugiere que la teletransportación cuántica no tiene por qué volverse mucho más engorrosa a medida que se añaden más canales.
“En lugar de implementar un sistema de teletransportación separado para cada canal, nuestra arquitectura permite la operación paralela en toda la gama de modos ópticos espaciales”, dijo Jing.
“A medida que crecen la capacidad y la complejidad de las redes cuánticas, esta distinción puede volverse cada vez más importante”.
En última instancia, el enfoque podría proporcionar a las redes cuánticas algo que tanto necesitan: ancho de banda, permitiendo que diferente información cuántica viaje a través de múltiples canales en paralelo.
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frameborder=”0″ enable=”accelerómetro; reproducción automática; escritura en portapapeles; medios cifrados; giroscopio; imagen en imagen; compartir web” referrerpolicy=”origen-estricto-cuando-origen-cruzado” enablefullscreen>Por ahora, sin embargo, el sistema tiene espacio para crecer.
Los investigadores dicen que el tamaño de su conjunto de 10 por 10 estaba limitado en gran medida por aproximadamente un vatio de potencia láser disponible para impulsar el experimento. Láseres más potentes podrían permitir que se agreguen muchos más modos espaciales y, por lo tanto, más canales de teletransportación.
“Nuestros resultados establecen un paradigma excelente para lograr una comunicación cuántica escalable y flexible”, escriben los investigadores en su artículo.
Hoy, una pregunta. Mañana… ¿Gatos?
Los hallazgos se han publicado en Physical Review Letters.
Este artículo fue verificado por Rebecca Dyer y editado por Rebecca Dyer. Si bien nos enorgullecemos de nuestro proceso, somos humanos. Si detecta un error, háganoslo saber.