El mes pasado, se produjeron a la vez dos desarrollos interesantes en el campo de la tecnología cuántica: los científicos chinos teletransportaron fotones de luz desde una estación terrestre a un satélite espacial y se celebró en Moscú una conferencia anual de los principales expertos en física cuántica. Business Insider pudo capturar al Dr. Eugene Polzik del Instituto Niels Bohr, uno de los principales expertos en teletransportación cuántica, y lo interrogó sobre una variedad de preguntas, incluido el notable éxito de sus colegas chinos.
“Este tipo de teletransportaciones se llevan a cabo en condiciones de laboratorio desde 1997, pero los científicos chinos han logrado lograr este asombroso efecto tecnológico a gran distancia”, dijo Polzik.
En 2012, un equipo de científicos europeos teletransportó con éxito fotones entre las dos Islas Canarias. La distancia entre los dispositivos transmisores y receptores fue de 141 kilómetros. Los investigadores chinos lograron romper este récord en julio, cuando teletransportaron con éxito fotones a una distancia de 500 kilómetros.
Durante mucho tiempo hemos soñado con una tecnología de este tipo de Star Trek, aunque nuestra intuición siempre ha dicho que la teletransportación es, en principio, imposible. Sin embargo, la física de nuestro mundo real, en el que vivimos todos los días, se parece poco a la física del mundo cuántico. Aquí, las leyes de una piedra que cae de un acantilado y los electrones que gobiernan y los fotones de luz individuales son completamente diferentes de lo que estamos acostumbrados a ver. Por lo tanto, en un mundo tan extraño, casi todo es posible, incluida la teletransportación. ¿Cómo entender todo esto? Comenzamos con el entrelazamiento cuántico.
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¿Qué es el entrelazamiento cuántico?
A veces, dos partículas cuánticas resultan estar vinculadas en espejo. Pase lo que pase con una de estas partículas, lo mismo sucederá con la otra. Incluso si están separados por grandes distancias. Siguen siendo dos objetos separados, pero son idénticos en todo. Cuando dos partículas comparten sus estados, estas partículas se denominan entrelazadas.
"Supongamos que creé un par de fotones entrelazados", explica Polzik.
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“Me quedo con uno y envío el otro con un láser a un satélite espacial en órbita, con la esperanza de que el fotón llegue a su destino. La teletransportación solo puede considerarse exitosa cuando el estado de entrelazamiento de dos fotones está separado entre las estaciones transmisora y receptora.
La principal dificultad técnica del proceso de teletransportación radica en la transferencia de un fotón a una cierta distancia de la partícula asociada entrelazada. En el caso del experimento chino, un fotón estaba en un laboratorio en la Tierra y el segundo fue enviado con éxito a un satélite en órbita. Los cambios que se han producido con el fotón en la Tierra como parte de las manipulaciones de los científicos también han afectado al fotón en el espacio; esto es teletransportación cuántica en su forma más pura.
¿Cómo saber si el satélite recibió el fotón deseado y no una partícula de luz aleatoria?
Esto es relativamente fácil de hacer gracias a un proceso llamado filtrado espectral. Permite a los científicos identificar y rastrear fotones de luz individuales etiquetándolos con un número de identificación único.
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“Conoces la frecuencia del fotón que estás enviando, conoces su direccionalidad. El satélite apunta a la fuente de envío ubicada en la Tierra. Si tiene un equipo óptico muy bueno en ambos lados, entonces estas ópticas solo ven la fuente y nada más”, continúa Polzik.
El método de filtrado espectral es indiferente al "ruido" en forma de otros fotones. Por ejemplo, en el mismo experimento en las Islas Canarias, la transmisión se realizó bajo un cielo despejado y soleado.
Hubo una transferencia de millones de fotones al satélite, pero solo 900 llegaron al destino
Cuanto más intente enviar el fotón entrelazado, menos eficiente se vuelve este proceso. Además, la atmósfera de la Tierra está en constante movimiento, por lo que perder fotones en su camino hacia el espacio exterior es fácil.
“Incluso si no hubiera atmósfera, es necesario enfocar el haz de luz para que se dirija hacia el satélite. Si coloca un puntero láser en la palma de su mano, el punto de luz será pequeño, pero si simplemente quita el láser y el punto se vuelve más grande, esta es la ley de difracción”, dice Polzik.
Desde el suelo, es bastante difícil que la luz atraviese el espacio (hacia un receptor óptico instalado en un satélite en órbita). Se distorsiona mucho, por lo que la mayoría de los fotones simplemente no van a ninguna parte.
“La teletransportación exitosa solo se puede lograr en un período de tiempo muy corto. En un sentido general, esto es muy poco práctico, pero sin embargo, se pueden encontrar formas de utilizar esta tecnología”, continúa Polzik.
¿Es la teletransportación cuántica una transferencia instantánea de datos?
Realmente no. Los objetos teletransportables no desaparecen y luego reaparecen en otro lugar. Los científicos utilizan el entrelazamiento para transferir información sobre el estado cuántico de un fotón a otro. Sin esta información, el fotón tendrá que cubrir físicamente toda la distancia entre el transmisor y el receptor. Nuevamente, la información no se transmite instantáneamente. Esto es posible solo cuando el emisor mide el estado cuántico de su fotón, cambiando así el estado del fotón en el receptor. Debido al entrelazamiento cuántico, esencialmente un fotón "se convierte" en otro fotón.
Entonces, ¿para qué es todo esto?
La teletransportación cuántica es capaz de probar el concepto de la posibilidad de crear una red mundial de comunicaciones ultrasegura. Como una llave que abre un candado, un mensaje transmitido a través de una red cuántica solo llegará al destinatario que posea el fotón correctamente entrelazado, lo que permitirá recibir y leer este mensaje.
Albert Einstein una vez llamó al entrelazamiento cuántico "acción espeluznante de largo alcance", pero esta acción de largo alcance es el componente fundamental que hace que todo funcione. Y algún día puede convertirse en el conductor de nuestra comunicación segura en el futuro.
Nikolay Khizhnyak
