Beam me down, Scotty.
Capitán Kirk
Nuestro sistema tiene el potencial para formar la base de un "repetidor cuántico" a gran escala, que puede interconectar la memoria cuántica a distancias más grandes.
Christopher Monroe, de la Universidad de Maryland
Desde Physics World
Por: James Dacey
Traducción: KC
Los físicos por primera vez han logrado teletransportar información cuántica entre dos átomos separados por una distancia significativa. Hasta ahora esta hazaña sólo se había logrado entre fotones, y entre dos átomos cercanos a través de la acción de un tercero. Según los investigadores, este avance podría ser un hito importante en la búsqueda de un ordenador cuántico viable.
La teleportación cuántica es una forma de transporte disponible únicamente para las partículas en la escala atómica y subatómica. Información tal como el spin de una partícula o la polarización de un fotón se puede transferir entre partículas sin viajar a través de un medio físico. La teleportación es posible gracias a la característica de la mecánica cuántica llamado "entrelazamiento".
Según la mecánica cuántica, cuando las partículas se entrelazan, el acto mismo de medir el estado cuántico de una partícula instantáneamente revela información sobre el estado de la segunda. En teoría, este efecto debe ocurrir independientemente de la distancia entre las partículas. En la práctica, es muy difícil de observarlo debido a influencias externas: si las partículas interactúan con el medio ambiente sin control o si intentas registrar directamente dos estados cuánticos, el entrelazamiento desaparece.
Ahora, investigadores de la Universidad de Maryland y la Universidad de Michigan han teletransportado información cuántica entre dos iones de Iterbio, separados por un metro, informando un 90 por ciento la tasa de éxito. Emplean un nuevo método de teletransporte en el que los iones son estimulados para emitir fotones y los estados cuánticos se infieren a partir de el color de estas emisiones (Science 323 486).
"Nuestro sistema tiene el potencial para formar la base de un "repetidor cuántico" a gran escala, que puede interconectar la memoria cuántica a distancias más grandes", dijo el líder del grupo Christopher Monroe, de la Universidad de Maryland.
Doble entrelazamiento
En la teleportación cuántica el remitente (Alice) instantáneamente transfiere el estado cuántico de una partícula a un receptor (Bob). En 1997 los físicos lograron la teleportación de estados cuánticos entre fotones por primera vez. Sus métodos explotaron el principio de incertidumbre: Alice no podía conocer el estado exacto de su fotón, pero el efecto de entrelazamiento significaba que podría teletransportar su estado a Bob.
Luego, en 2004, equipos separados de físicos en el National Institute of Standards and Technology (NIST) en Colorado y la Universidad de Innsbruck en Austria demostraron por primera vez la teletransportación en la escala atómica. Usando métodos ligeramente diferentes, transfirieron información del spin entre pares de iones atrapados en un potencial armónico. Lamentablemente, la teleportación - usando estos métodos - se limita a distancias muy cortas debido a que los potenciales armónicos tienen escala molecular.
Ahora Monroe y su equipo han llevado el teletransporte en una dirección diferente. En primer lugar, aislaron los átomos de Iterbio en trampas de vacío separadas, rodeadas por campos electromagnéticos. Cada ion - en su estado base - es irradiado con una ráfaga de microondas que pone los iones en una superposición de dos estados cuánticos diferentes. A continuación, un breve pulso de luz láser excita cada ion que posteriormente les lleva a emitir fotones cuyo color es una superposición de rojo y azul - vinculados con los dos estados cuánticos disponibles.
Los fotones son ¿de color rojo o azul?
Una vez generados, estos fotones se dirigen entonces hacia un separador de haces donde tienen las mismas posibilidades de pasar a través o de reflejarse. Hay un detector a cada lado del separador. Según los investigadores, una combinación rojo-azul detectada exactamente al mismo tiempo es una clara señal de que los átomos de Iterbio se entrelazaron. Cuando esto ocurre, los investigadores de inmediato regresan a los iones al estado en el que determinan los estados cuánticos mediante un proceso conocido como tomografía cuántica.
"Un aspecto particularmente interesante de nuestro método es que combina las ventajas únicas de ambos átomos y fotones", señaló Monroe. "Los fotones son ideales para la transferencia de información rápida a través de largas distancias, mientras que los átomos ofrecen un valioso medio para la memoria cuántica durable."
El siguiente paso de esta investigación es mejorar aún más la tasa de éxito de las mediciones. "Estamos buscando poner una cavidad óptica alrededor de cada átomo - que podría proporcionar mejoras en órdenes de magnitud en la tasa de éxito del sistema", dijo Steven Olmschenk, un miembro del equipo de investigación.
Boris Blinov en la Universidad de Washington dijo, "Olmshenk y sus colegas han generado un entrelazamiento y lo utilizaron para teleportar datos cuánticos en lo que considero el más prometedor candidato 'qubit '[bit cuántico] - el sistema de iones atrapados". Él agregó: "Estamos a un paso más cerca de nuestro objetivo difícil de alcanzar".
La teleportación cuántica es una forma de transporte disponible únicamente para las partículas en la escala atómica y subatómica. Información tal como el spin de una partícula o la polarización de un fotón se puede transferir entre partículas sin viajar a través de un medio físico. La teleportación es posible gracias a la característica de la mecánica cuántica llamado "entrelazamiento".
Según la mecánica cuántica, cuando las partículas se entrelazan, el acto mismo de medir el estado cuántico de una partícula instantáneamente revela información sobre el estado de la segunda. En teoría, este efecto debe ocurrir independientemente de la distancia entre las partículas. En la práctica, es muy difícil de observarlo debido a influencias externas: si las partículas interactúan con el medio ambiente sin control o si intentas registrar directamente dos estados cuánticos, el entrelazamiento desaparece.
Ahora, investigadores de la Universidad de Maryland y la Universidad de Michigan han teletransportado información cuántica entre dos iones de Iterbio, separados por un metro, informando un 90 por ciento la tasa de éxito. Emplean un nuevo método de teletransporte en el que los iones son estimulados para emitir fotones y los estados cuánticos se infieren a partir de el color de estas emisiones (Science 323 486).
"Nuestro sistema tiene el potencial para formar la base de un "repetidor cuántico" a gran escala, que puede interconectar la memoria cuántica a distancias más grandes", dijo el líder del grupo Christopher Monroe, de la Universidad de Maryland.
Doble entrelazamiento
En la teleportación cuántica el remitente (Alice) instantáneamente transfiere el estado cuántico de una partícula a un receptor (Bob). En 1997 los físicos lograron la teleportación de estados cuánticos entre fotones por primera vez. Sus métodos explotaron el principio de incertidumbre: Alice no podía conocer el estado exacto de su fotón, pero el efecto de entrelazamiento significaba que podría teletransportar su estado a Bob.
Luego, en 2004, equipos separados de físicos en el National Institute of Standards and Technology (NIST) en Colorado y la Universidad de Innsbruck en Austria demostraron por primera vez la teletransportación en la escala atómica. Usando métodos ligeramente diferentes, transfirieron información del spin entre pares de iones atrapados en un potencial armónico. Lamentablemente, la teleportación - usando estos métodos - se limita a distancias muy cortas debido a que los potenciales armónicos tienen escala molecular.
Ahora Monroe y su equipo han llevado el teletransporte en una dirección diferente. En primer lugar, aislaron los átomos de Iterbio en trampas de vacío separadas, rodeadas por campos electromagnéticos. Cada ion - en su estado base - es irradiado con una ráfaga de microondas que pone los iones en una superposición de dos estados cuánticos diferentes. A continuación, un breve pulso de luz láser excita cada ion que posteriormente les lleva a emitir fotones cuyo color es una superposición de rojo y azul - vinculados con los dos estados cuánticos disponibles.
Los fotones son ¿de color rojo o azul?
Una vez generados, estos fotones se dirigen entonces hacia un separador de haces donde tienen las mismas posibilidades de pasar a través o de reflejarse. Hay un detector a cada lado del separador. Según los investigadores, una combinación rojo-azul detectada exactamente al mismo tiempo es una clara señal de que los átomos de Iterbio se entrelazaron. Cuando esto ocurre, los investigadores de inmediato regresan a los iones al estado en el que determinan los estados cuánticos mediante un proceso conocido como tomografía cuántica.
"Un aspecto particularmente interesante de nuestro método es que combina las ventajas únicas de ambos átomos y fotones", señaló Monroe. "Los fotones son ideales para la transferencia de información rápida a través de largas distancias, mientras que los átomos ofrecen un valioso medio para la memoria cuántica durable."
El siguiente paso de esta investigación es mejorar aún más la tasa de éxito de las mediciones. "Estamos buscando poner una cavidad óptica alrededor de cada átomo - que podría proporcionar mejoras en órdenes de magnitud en la tasa de éxito del sistema", dijo Steven Olmschenk, un miembro del equipo de investigación.
Boris Blinov en la Universidad de Washington dijo, "Olmshenk y sus colegas han generado un entrelazamiento y lo utilizaron para teleportar datos cuánticos en lo que considero el más prometedor candidato 'qubit '[bit cuántico] - el sistema de iones atrapados". Él agregó: "Estamos a un paso más cerca de nuestro objetivo difícil de alcanzar".
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