¿Alguna vez viste una película de ciencia ficción en la que una persona es teletransportada a otro lugar casi al instante? Parece que estamos un paso más cerca de hacer que eso suceda, al menos con datos.

Investigadores de la Universidad Tecnológica de Delft con uno de los tres nodos en una red de computación cuántica, que utiliza espejos, filtros y láseres para guiar los electrones hacia un diamante sintético. Crédito: Marieke de Lorijn/ QuTech.

Y es que un equipo de físicos de la Universidad Tecnológica de Delft ha creado una forma de transferir datos a través de algo llamado «teletransportación cúbit». Esto permite el libre flujo de datos sin pasar por un material conductor —por ejemplo, un cable de fibra óptica—.

Podemos decir que las computadoras cuánticas han estado allí desde hace algún tiempo. De hecho, Google también ha logrado la «supremacía cuántica» al hacer un experimento que es imposible en una computadora tradicional. Pero las computadoras cuánticas no pueden alcanzar su máximo potencial sin los poderes mágicos de la teletransportación de cúbits, o la «Internet cuántica».

De bit a cúbit

Las computadoras cuánticas son fundamentalmente diferentes de las computadoras tradicionales. Al igual que una computadora normal almacena datos en bits, un cúbit es la unidad de medida básica para las computadoras cuánticas. Sin embargo, aquí es donde termina la similitud.

Un bit binario es un tipo de datos booleano. Esto significa que solo puede tener cero o uno como valor. Un cúbit, por otro lado, puede tener ambos valores al mismo tiempo. Esto es similar a cómo se comporta una moneda cuando se lanza al aire —tiene los valores de «cara» y «cruz» al mismo tiempo antes de finalmente aterrizar—.

Muestras de diamantes dentro de una de las computadoras cuánticas en la Universidad Tecnológica de Delft. Las estructuras de oro en la superficie del diamante permiten el control del procesador cuántico. Crédito: Matteo Pompili/QuTech.

Esto significa que un solo cúbit puede almacenar dos valores, tres cúbits pueden almacenar ocho, cuatro cúbits pueden almacenar 16 valores y así sucesivamente. A medida que crece la cantidad de cúbits, la información que pueden almacenar aumenta exponencialmente.

Entrelazamiento y teletransportación

Los físicos teletransportaron datos entre tres nodos. Anteriormente, esto solo era posible entre dos. Pero con este experimento han indicado que se puede lograr la teletransportación de cúbits entre múltiples sitios.

«Ahora estamos construyendo pequeñas redes cuánticas en el laboratorio», dijo Ronald Hanson, el físico de Delft que supervisa el equipo. «Pero la idea es eventualmente construir una Internet cuántica».

Impresión artística del protocolo de teletransportación cuántica en un entorno de red. La información cuántica se teletransporta entre dos nodos no vecinos en la red. Crédito: Scixel/QuTech.

Dado que no hay material conductor entre los nodos, la Internet cuántica permite una transferencia confiable entre los nodos, incluso en presencia de conexiones de red con muchas pérdidas, pero sin perder ningún dato real.

La forma en que esto funciona es por la propiedad cuántica de «entrelazamiento». Un cambio en el estado de un sistema cuántico cambia instantáneamente el otro sistema cuántico distante que está entrelazado.

«Después del entrelazamiento, ya no se pueden describir estos estados individualmente», dijo la Dra. Tracy Eleanor Northup, investigadora del Instituto de Física Experimental de la Universidad de Innsbruck que también está explorando la teletransportación cuántica. «Fundamentalmente, se vuelven un solo sistema».

El experimento

El Dr. Hanson y su equipo utilizaron un sistema de vacantes de nitrógeno. Este es un pequeño espacio vacío en un diamante sintético que puede usarse para atrapar electrones. El equipo construyó tres de esos sistemas, llamados Alice, Bob y Charlie. Los investigadores primero enredaron dos electrones pertenecientes a Alice y Bob enviándoles fotones individuales (partículas de luz). A ambos electrones se les dio el mismo giro y, por lo tanto, los entrelazaron.

Luego, los investigadores transfirieron el estado del electrón a un núcleo de carbono dentro del diamante sintético de Bob. Esto liberó el electrón de Bob con el que también podrían entrelazar a Charlie. Al realizar un procedimiento cuántico, los investigadores unieron los dos entrelazamientos: Alice y Bob con Bob y Charlie.

Esto permitió que los datos se teletransportaran directamente de Alice a Charlie, ya que ahora estaban entrelazados entre sí. Cuando los datos viajan mediante la teletransportación de cúbit, no se pueden perder ni obstaculizar. Esto podría permitir potencialmente un nivel teórico de cifrado que sería imposible de descifrar.

Aunque la teletransportación ocurrió entre una distancia de unos 60 pies, los científicos tienen la esperanza de que esto se pueda hacer entre muchas millas. Eventualmente, podría crear una nueva red de computadoras cuánticas o Internet cuántica que sea altamente segura y confiable.

El estudio con los detalles sobre el experimento ha sido publicado en Nature.

Fuente: NYT/Qutech. Edición: MP.

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