Contrariamente a las leyes de la mecánica clásica, hemos aprendido a transmitir información más rápido que la velocidad de la luz. RIA Novosti descubrió cómo los qubits intercambian datos y por qué es imposible teletransportar un objeto material.
Mundo cuántico misterioso
En el mundo cuántico, la información se mide en qubits. A diferencia de los bits clásicos, son capaces de permanecer simultáneamente en dos estados, cero lógico y uno, hasta que se miden, o mejor dicho, se lee la información.
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El papel de un qubit lo desempeña un átomo artificial con dos niveles de energía. Si el átomo está en el nivel de energía inferior, el estado del sistema es cero lógico, en el superior es uno lógico. Físicamente, un qubit puede estar incorporado en un fotón, molécula, ión, átomo, punto cuántico, en todo lo que emite y absorbe cuantos de energía electromagnética. Por ejemplo, los qubits superconductores son un circuito eléctrico hecho de capas delgadas de metal enfriado a temperaturas ultrabajas, entre las cuales pares de electrones hacen un túnel a través de capas delgadas de un aislante.
Dado que estamos hablando del mundo cuántico, es imposible decir en qué estado se encuentra el electrón en el qubit en cada momento. Esto abre oportunidades para la teletransportación: la transmisión de algo en el espacio.
“La teletransportación cuántica requiere tres qubits superpuestos. Digamos que necesitamos transferir información del primer elemento al tercero, y no deben interactuar, es decir, no deben estar cerca. Luego, el tercer y segundo qubits se entrelazan mediante una operación lógica: sus estados se vuelven interdependientes y ellos mismos se denominan entrelazados. Y si se mide el estado de uno de ellos, el estado del segundo será automáticamente opuesto. Es como tirar bolas blancas y negras en una caja y luego sacar una de ellas al azar: el color de la segunda se conocerá con un 100% de probabilidad”, dice Ilya Besedin, ingeniero del Laboratorio de Metamateriales Superconductores de NUST MISIS.
Entonces el segundo qubit debe interactuar con el primero. Hay dos formas principales de hacer que "chateen". Primero, la frecuencia de resonancia de un átomo se cambia para que coincida con la frecuencia de otro, después de lo cual la excitación de uno se transfiere a otro a través del campo eléctrico. La segunda opción es que el sistema se exponga a la radiación de microondas de modo que el coeficiente de absorción de un átomo dependa del estado de otro. Una vez que los qubits han "hablado", se leen sus estados.
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De hecho, en este momento, los qubits se convierten en bits clásicos con información conocida. Luego, se realiza una operación lógica en el tercer qubit, y resulta estar en el estado del primero. Recuerde que el primer y tercer qubits nunca han interactuado, excepto por la "comunicación" indirecta a través del segundo qubit. Además, el tercero estuvo en contacto con el segundo antes de intercambiar información con el primero.
¿Confuso? Luego imagina que obtuviste una A en el examen y compartiste tu alegría con tu papá. Luego fueron a ver a mi madre y le dijeron lo mismo. Y te dijo que rayó el auto. Y después de tu conversación, papá de una manera desconocida se entera de este problema. Es difícil entender la mecánica cuántica; es mejor simplemente aceptar sus leyes.
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No puedes discutir con la teoría de la relatividad
Con la ayuda de la teletransportación cuántica, la información se puede transmitir a largas distancias. El registro hasta ahora pertenece a científicos chinos, que enviaron datos desde la Tierra a un satélite a más de 1400 kilómetros. Además, los propios qubits intercambian datos al instante, incluso más rápido que la velocidad de la luz.
Los científicos han confirmado esto midiendo simultáneamente el estado de dos qubits entrelazados en diferentes ubicaciones. Resultó que realmente "sienten" los cambios del otro más rápido que los movimientos de la luz.
Para extraer información de un qubit, debe decodificarse utilizando bits clásicos, cuya velocidad de transmisión no puede superar la velocidad de la luz. Por lo tanto, aunque el mundo cuántico ofrece oportunidades increíbles, las personas, debido a su naturaleza clásica, a veces simplemente no pueden aprovecharlas al máximo.
“Pero la teletransportación cuántica es perfecta para la transmisión de datos cifrados. Por supuesto, la información también se puede cifrar utilizando algoritmos clásicos. Pero este método tiene una debilidad: el intercambio de claves. Con suficiente potencia informática, el cifrado interceptado siempre se puede leer”, dice el experto.
Y los protocolos basados en la teletransportación cuántica le permiten demostrar matemáticamente que la línea cuántica no está siendo aprovechada. Tan pronto como un extraño se conecta a él, la calidad de la transferencia del estado cuántico se deteriora significativamente, independientemente del equipo técnico del intruso. Y ambas partes descubren inmediatamente que su conversación ya no es privada.
¿No habrá teletransporte?
Para compartir un video divertido con un amigo, ambos necesitan computadoras o teléfonos inteligentes. Lo mismo ocurre con la teletransportación de datos entre qubits: para transferir el estado, se necesita un qubit transmisor y un qubit receptor, que ya están ubicados en el lugar correcto. Es decir, antes de enviar datos, debe mover físicamente el objeto que los recibirá. Y hasta ahora solo podemos hacer esto de una manera clásica: a lo largo de una trayectoria bien conocida, desde el punto "A" hasta el punto "B". Y de ninguna manera instantáneamente.
¿Y qué pasa con la teletransportación de cualquier objeto material en su conjunto, por ejemplo, una persona? Después de todo, en el análisis final, la materia consta de átomos, es decir, sistemas cuánticos entre los que se puede transmitir información. Para hacer esto, tendrás que teletransportar datos sobre todos los átomos del cuerpo a otros átomos ubicados en otro lugar, y así recrear una persona.
Pero para cada acto de transferencia, se requiere un equipo técnico complejo. Una persona que pesa alrededor de 70 kilogramos contiene 6.7 * 1027 átomos. Es increíblemente difícil transmitir información sobre todas las partículas con una precisión del 100%, y por el momento no es técnicamente factible. Aún así, la teletransportación de un objeto material es una tarea demasiado atractiva para rechazarla.
