El teletransporte cuántico comunica el estado de un fotón a un mecanismo con miles de millones de átomos | AGÊNCIA FAPESP

Este es el logro de un experimento a cargo de científicos neerlandeses y brasileños que constituye a su vez un paso importante rumbo a la internet cuántica (representación esquemática de las principales etapas del protocolo de teletransporte y su verificación; crédito: Bas Hensen y Niccolo Fiaschi/TU-Delft)

El teletransporte cuántico comunica el estado de un fotón a un mecanismo con miles de millones de átomos

09 de diciembre de 2021

Por José Tadeu Arantes  |  Agência FAPESP – Científicos de la Technische Universiteit Delft (TU Delft), en los Países Bajos, y de la Universidad de Campinas (Unicamp), en Brasil, demostraron que la información codificada en un bit cuántico (cúbit), constituido por un solo fotón, puede teletransportarse al movimiento mecánico de un dispositivo optomecánico constituido por miles de millones de átomos. Esta investigación muestra un extraordinario horizonte de aplicación tecnológica, tal como puede serlo la creación de repetidores de señales en una futura internet cuántica. Y un artículo al respecto salió publicado en Nature Photonics.

“Tal como sucede en la internet clásica, la internet cuántica requerirá de una red de repetidores de señales, que distribuirán la información hacia cualquier lugar del mundo. En nuestro estudio, obtuvimos la transferencia fiel de un estado cuántico desconocido a un sistema cuántico remoto. Esto nos permite visualizar un escenario de comunicación cuántica de larga distancia, necesaria para la construcción de una futura internet cuántica”, le explica Thiago Alegre a Agência FAPESP.

Alegre es docente del Instituto de Física Gleb Wataghin de la Universidad de Campinas (IFGW-Unicamp), y fue uno de los coordinadores del estudio, encabezado por el profesor Simon Gröblacher, de la TU Delft.

En el experimento, un estado cuántico arbitrario fue codificado en un cúbit fotónico mediante polarización óptica. El fotón fue entonces transportado a través de decenas de metros de fibra óptica y posteriormente teletransportado a dos resonadores de silicio, cada cual con miles de millones de átomos. Para ello, los investigadores tuvieron que generar un estado entrelazado entre los modos mecánicos de los dos microosciladores, lo que hizo posible el manipuleo a larga distancia de esos estados. Por último, los científicos demostraron la confiabilidad del proceso, al recuperar fielmente el estado cuántico original desde la memoria de los resonadores.

El teletransporte cuántico ya se había plasmado en otros experimentos. La novedad que aporta el nuevo estudio es la utilización de dispositivos optomecánicos para la recepción de la señal. “Dichos dispositivos pueden proyectarse para operar con cualquier longitud de onda, incluso en el infrarrojo. Esta es la longitud de onda con menor pérdida de transmisión, que permite así la mayor distancia entre los repetidores”, informa Gröblacher.

Las perspectivas futuras

Según Alegre, un próximo paso, con la mira puesta en dejar este resultado disponible para su aplicación en el mundo real, consiste en proyectar sistemas optomecánicos que sean resilientes a las absorciones ópticas parásitas. “Esto puede concretarse merced a la gran flexibilidad de estos dispositivos nanofabricados”, afirma.

La investigación actual constituye un gran paso rumbo a una futura internet cuántica híbrida, que funcionaría en forma heterogénea, con varios sistemas físicos comunicándose y concretando distintas funcionalidades.

“Podremos tener nodos repetidores cuánticos optomecánicos conectados a una computadora cuántica o a una memoria de cúbits superconductores o sistemas cuánticos de espines. Todos estos componentes deberán ser compatibles unos con otros y operar en la misma longitud de onda, a los efectos de transferir fielmente la información cuántica”, vaticina Gröblacher. “Por eso este es un trabajo importante, pues fue posible crear una plataforma versátil y capaz de interconectar a varios de esos sistemas”, añade Alegre.

Este estudio contó con el apoyo de la FAPESP mediante cuatro proyectos (16/18308-0, 18/15580-6, 18/25339-4 y 19/01402-1). El más reciente fue una Beca de Pasantía de Investigación en el Exterior (BEPE), otorgada al entonces alumno doctoral Rodrigo Benevides, quien actualmente realiza una pasantía de posdoctorado en el Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich), en Suiza.

Puede accederse a la lectura del artículo intitulado Optomechanical quantum teleportation en el siguiente enlace: www.nature.com/articles/s41566-021-00866-z. Y el texto completo también se encuentra disponible en la plataforma arXiv, en: arxiv.org/abs/2104.02080
 

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