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En una investigación que puede ser una paso adelante clave para la comunicación cuántica en la vida real — la transmisión de información usando átomos, fotones, u otros objetos cuánticos — los investigadores crearon un experimento en el cual un bit cuántico de información era transportado una distancia de siete metros y almacenado brevemente en una memoria. Esta es la primera vez que tanto el teletransporte como la memoria cuántica, como se conoce a la transferencia de información, se han demostrado en un único experimento.

El experimento fue realizado por científicos de la Universidad de Heidelberg en Alemania, la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, y el Instituto Atómico de las Universidades Austriacas en Austria. El trabajo estaba liderado por el Profesor Jian-Wei Pan, físico de la Universidad de Heidelberg.

Un bit cuántico, o qubit, es la unidad de información cuántica más básica. Toma la forma de una configuración particular, o “estado”, de un átomo o fotón. Al contrario que un bit de un ordenador convencional, la pieza más básica de información que puede almacenar un ordenador, los qubits representan la superposición del “0” y “1”, en lugar de ser un 0 o un 1. Además, un qubit no puede ser copiado en el sentido tradicional. Sólo puede ser transferido, sin dejar ninguna traza del original.

El teletransporte cuántico es la forma de transferir un estado cuántico desconocido a una localización lejana sin obtener información sobre el estado en el curso de la transferencia. Cuando se transporta un qubit a lo largo de una distancia, el proceso es notable debido a que el qubit emisor y el receptor no están conectados físicamente de ninguna forma, y no “saben” de la existencia del otro. Pero gracias a un fenómeno conocido como entrelazamiento, un qubit no obstante es capaz de asumir el estado cuántico de otro sin interactuar físicamente con él.

En el presente artículo, descrito en la edición on-line del 20 de enero de Nature Physics, un estado cuántico desconocido de un qubit fotónico se transfirió a una memoria cuántica a través de teletransporte y qudó almacenado entre dos cúmulos de átomos de rubidio. Cada cúmulo contiene aproximadamente un millón de átomos, recolectados mediante una trampa magneto-óptica. El qubit fotónico teletransportado puede ser almacenado en una memoria y leído en apenas ocho microsegundos (millonésimas de segundo) antes de que se pierda su estado.

“Tal interfaz para cartografiar los estados cuánticos de los fotones en los estados cuánticos de la materia, y recuperarlos sin destruir el carácter cuántico de la información almacenada, es una parte esencial para las futuras tecnologías cuánticas”, dijo Pan a PhysOrg.com. “Esto representa un paso adelante importante hacia una conexión escalable y eficiente de redes cuánticas”.

El estado cuántico portado por los qubits fotónicos está codificado en la polarización de los fotones, o en el alineamiento de los campos eléctricos emitidos por los fotones. Cada cúmulo de rubidio codifica la información como un estado de espín colectivo para todos los electrones del cúmulo. Así como otras características inamovibles como la masa y la carga, el espín, o momento angular, en una característica intrínseca de un electrón.

Primero, el grupo de investigación entrelazó el estado de polarización de los fotone sy el estado de espín de los cúmulos de átomos. Este entrelazamiento entonces se explota para teletransportar el estado desconocido de un único qubit fotónico en un qubit atómico a siete metros de distancia. Esto se hace tomando medidas simultáneas de los fotones entrelazados y el fotón que va a ser teletransportado. Tomando estas medidas se entrelazan los dos fotones y y proyecta el estado del segundo fotón sobre el cúmulo de átomos.

Esta configuración tiene algunos problemas serios. La duración de la memoria cuántica es muy corta y la probabilidad de que el fotón sea teletransportado baja. Por tanto, los investigadores dicen que necesitarán “significativas mejoras” antes de que el esquema pueda usarse en aplicaciones prácticas.

Fuente: CienciaKanija