Hito De Teletransportación Alcanzado

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Los científicos se han acercado un poco más al logro de la proeza de teletransportación "star trek".

Los científicos se han acercado un poco más al logro de la proeza de teletransportación "Star Trek". Nadie salta de galaxias, ni siquiera transmite gente, pero por primera vez, la información se teletransportó entre dos átomos separados a una distancia de un metro, aproximadamente una yarda.

Este es un hito importante en un campo conocido como procesamiento de información cuántica, dijo Christopher Monroe, del Joint Quantum Institute de la Universidad de Maryland, quien dirigió el esfuerzo.

La teletransportación es una de las formas de transporte más misteriosas de la naturaleza: la información cuántica, como el giro de una partícula o la polarización de un fotón, se transfiere de un lugar a otro, sin pasar por ningún medio físico. Anteriormente, se había logrado entre fotones (una unidad o cantidad de radiación electromagnética, como la luz) en distancias muy grandes, entre fotones y conjuntos de átomos, y entre dos átomos cercanos mediante la acción intermedia de un tercero.

Sin embargo, ninguno de ellos proporciona un medio viable para mantener y gestionar la información cuántica en largas distancias.

Ahora, el equipo de JQI, junto con colegas de la Universidad de Michigan, ha logrado teletransportar un estado cuántico directamente de un átomo a otro más de un metro. Esa capacidad es necesaria para sistemas de información cuántica viables porque requerirán almacenamiento de memoria tanto en el extremo de envío como en el de recepción de la transmisión.

En la edición del 23 de enero de la revista. Ciencia, los científicos informan que, mediante el uso de su protocolo, la información teletransportada de átomo a átomo se puede recuperar con una precisión perfecta aproximadamente el 90 por ciento del tiempo, y esa cifra se puede mejorar.

"Nuestro sistema tiene el potencial de formar la base para un 'repetidor cuántico' a gran escala que puede conectar memorias cuánticas a grandes distancias", dijo Monroe. "Además, nuestros métodos se pueden utilizar junto con las operaciones de bits cuánticos para crear un componente clave necesario para el cálculo cuántico".

Una computadora cuántica podría realizar ciertas tareas, como cálculos relacionados con el cifrado y búsquedas en bases de datos gigantes, considerablemente más rápido que las máquinas convencionales. El esfuerzo por diseñar un modelo de trabajo es un asunto de gran interés en todo el mundo.

Teletransportación y enredo

Se dice que el físico Richard Feynman dijo que "si crees que entiendes la mecánica cuántica, no entiendes la mecánica cuántica". O a veces se lo cita así: "Creo que puedo decir con seguridad que nadie entiende la mecánica cuántica".

No obstante, aquí es cómo la Universidad de Maryland describe el trabajo de Monroe.

La teletransportación funciona debido a un fenómeno cuántico notable llamado enredo que solo ocurre en la escala atómica y subatómica. Una vez que dos objetos se ponen en un estado enredado, sus propiedades se entrelazan inextricablemente. Aunque esas propiedades son intrínsecamente desconocidas hasta que se realiza una medición, la medición de uno de los objetos determina instantáneamente las características del otro, sin importar qué tan separadas estén.

El equipo de JQI se propuso enredar los estados cuánticos de dos iones de iterbio individuales para que la información incorporada en la condición de uno pudiera ser teletransportada al otro. Cada ión se aisló en una trampa de alto vacío separada, se suspendió en una jaula invisible de campos electromagnéticos y se rodearon de electrodos metálicos.

Los investigadores identificaron dos estados fundamentales (energía más baja) fácilmente discernibles de los iones que servirían como valores de "bit" alternativos de un bit cuántico atómico, o qubit.
Los bits electrónicos convencionales (abreviatura de los dígitos binarios), como los de una computadora personal, siempre están en uno de dos estados: apagado o encendido, 0 o 1, alto o bajo voltaje, etc. Los bits cuánticos, sin embargo, pueden estar en algunos Combinación, llamada "superposición", de ambos estados al mismo tiempo, como una moneda que es a la vez cabezas y colas, hasta que se realiza una medición. Es este fenómeno el que da a la computación cuántica su poder extraordinario.

El pulso láser inicia el proceso.

Al comienzo del proceso experimental, cada ion (designado como A y B) se inicializa en un estado fundamental dado.

Luego, el ión A se irradia con una ráfaga de microondas especialmente adaptada desde uno de sus electrodos de jaula, colocando el ión en una superposición deseada de los dos estados de qubit; en efecto, "escribe" en la "memoria" la información a ser teletransportada.

Inmediatamente después, ambos iones son excitados por un pulso láser de picosegundo (una billonésima parte de un segundo). La duración del pulso es tan breve que cada ión emite un solo fotón, ya que libera la energía obtenida por el láser y vuelve a uno u otro de los dos estados fundamentales de qubit.

Dependiendo de en cuál caiga, el ion emite uno de los dos tipos de fotones de longitudes de onda ligeramente diferentes (designadas en rojo y azul) que corresponden a los dos estados qubit atómicos. Es la relación entre esos fotones la que eventualmente proporcionará la señal reveladora de que ha ocurrido el enredo.

Encuentro divisor de haz

Cada fotón emitido es capturado por una lente, enrutado a un cable de fibra óptica separado, y llevado a un divisor de haz de 50-50 donde es igualmente probable que el fotón pase directamente a través del divisor o se refleje. A cada lado del divisor de haz hay detectores que pueden registrar la llegada de un solo fotón.

Antes de que alcance el divisor de haz, cada fotón se encuentra en una superposición de estados desconocida. Después de encontrar el divisor de haz, sin embargo, cada uno toma características específicas.

Como resultado, para cada par de fotones, son posibles cuatro combinaciones de colores (azul-azul, rojo-rojo, azul-rojo y rojo-azul), así como una de las dos polarizaciones: horizontal o vertical. En casi todas esas variaciones, los fotones se anulan entre sí o ambos terminan en el mismo detector. Pero hay una combinación, y solo una, en la que ambos detectores grabarán un fotón exactamente al mismo tiempo.

En ese caso, sin embargo, es físicamente imposible saber qué ión produjo qué fotón porque no se puede saber si el fotón que llegó a un detector pasó a través del divisor de rayos o si fue reflejado por él.

Gracias a las leyes peculiares de la mecánica cuántica, esa incertidumbre inherente proyecta los iones en un estado enredado. Es decir, cada ion está en una superposición de los dos estados qubit posibles. La detección simultánea de fotones en los detectores no ocurre con frecuencia, por lo que el estímulo láser y el proceso de emisión de fotones deben repetirse muchos miles de veces por segundo. Pero cuando aparece un fotón en cada detector, es una firma inequívoca de enredo entre los iones.

Cuando se identifica una condición enredada, los científicos toman inmediatamente una medida del ión A. El acto de medición la obliga a salir de la superposición y a una condición definida: uno de los dos estados qubit.

Pero debido a que el estado del ion A está relacionado de manera irreversible con el ion B, la medición también obliga a B al estado complementario. Dependiendo del estado en que se encuentre el ion A, los investigadores ahora saben con precisión qué tipo de pulso de microondas se debe aplicar al ion B para recuperar la información exacta que se había escrito en el ion A mediante el estallido de microondas original. Si lo hace, resulta en la teletransportación precisa de la información.

Teletransportación vs. otras comunicaciones.

Lo que distingue este resultado como teletransportación, en lugar de cualquier otra forma de comunicación, es que ninguna información perteneciente a la memoria original pasa realmente entre el ion A y el ion B. En cambio, la información desaparece cuando se mide el ion A y reaparece cuando el pulso de microondas es aplicado al ion B.

"Un aspecto particularmente atractivo de nuestro método es que combina las ventajas únicas de los fotones y los átomos", dice Monroe. "Los fotones son ideales para transferir información rápidamente a través de largas distancias, mientras que los átomos ofrecen un medio valioso para la memoria cuántica de larga duración... Además, la teleportación de la información cuántica de esta manera podría formar la base de un nuevo tipo de Internet cuántico que podría superar a cualquier Tipo convencional de red clásica para ciertas tareas ".

El trabajo fue apoyado por el programa de Actividad de Investigación Avanzada de Inteligencia bajo el contrato de la Oficina de Investigación del Ejército de los EE. UU., La Fundación Nacional de Ciencias (NSF, por sus siglas en inglés) en el Programa de la Frontera de Información y el Centro de la Frontera de Física de la NSF en el Joint Quantum Institute.

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