En 2005, el obituario del físico Asher Peres en la revista Physics Today nos dijo que cuando un periodista le preguntó si la teletransportación cuántica podía transportar el alma de una persona además de su cuerpo, el científico respondió: «No, no el cuerpo, solo el alma». Más que una simple broma, la respuesta de Peres ofrece una explicación perfecta, codificada en una metáfora, de la realidad de un proceso que hemos visto en innumerables ocasiones en la ciencia ficción. De hecho, la teletransportación existe, aunque en el mundo real sí lo es. bastante diferente del famoso «¡Transpórtame, Scotty!» asociado con la serie Star Trek.

La teletransportación en la ciencia real comenzó a tomar forma en 1993 gracias a un estudio teórico publicado por Peres y otros cinco investigadores en Physical Review Letters, que sentó las bases para la teletransportación cuántica. Al parecer, fue idea del coautor Charles Bennett asociar el fenómeno propuesto con la idea popular de teletransportación, pero hay una diferencia esencial entre ficción y realidad: en esta última no es la materia lo que viaja, sino la información, que transfiere propiedades de la materia original a la materia de destino.

La teletransportación cuántica se basa en una hipótesis descrita en 1935 por el físico Albert Einstein y sus colegas Boris Podolsky y Nathan Rosen, conocida como la paradoja EPR. Como consecuencia de las leyes de la física cuántica, fue posible obtener dos partículas y separarlas en el espacio para que siguieran compartiendo sus propiedades, como dos mitades de un todo. Así, una acción sobre uno de ellos (sobre A, o Alice, según la nomenclatura utilizada) tendría instantáneamente un efecto sobre el otro (sobre B, o Bob). Esta «acción espeluznante a distancia», en palabras de Einstein, parecería capaz de violar el límite de la velocidad de la luz.

La teoría de este fenómeno, llamado entrelazamiento cuántico, fue posteriormente desarrollada en 1964 por John Stewart Bell, y ha sido corroborada por numerosos experimentos.El trabajo de Peres, Bennett y sus colaboradores propuso que una tercera partícula podría interactuar con la de Alice y perder una estado cuántico —el valor de una de sus propiedades físicas— para ser transferido al de Bob, para que éste adquiera ese estado. Sin una transferencia de materia, la partícula de Bob se convertiría en una copia de la partícula interactiva Alice, y nunca hubiera habido contacto físico entre

Qubits teletransportados

Desde 1998, varios experimentos han logrado esta teletransportación cuántica, inicialmente utilizando fotones individuales, luego átomos y sistemas más complejos. En un principio el fenómeno se demostró a corta distancia, que aumentó en estudios posteriores a cientos de metros y kilómetros. El récord actual es la teletransportación de fotones a 1.400 kilómetros de la Tierra al satélite Micius en órbita terrestre, un logro realizado con éxito en 2017 por el equipo dirigido por Jian-Wei Pan en la Universidad de Ciencia y Tecnología de China en Hefei (USTC).

En estos experimentos, lo que se transmite es información codificada en bits. En el sentido clásico, un bit es una unidad básica de información binaria que toma el valor de 0 o 1. En su aplicación a estados cuánticos, un bit puede contener información sobre, por ejemplo, el giro de una partícula (una especie de rotación ). Pero en la versión cuántica del bit, el qubit, su valor puede ser tanto 0 como 1 u otro valor, como 2, ya que la mecánica cuántica permite que los estados se superpongan. Es por esto que la computación cuántica es vista como una tecnología más poderosa que la computación tradicional, ya que su capacidad para almacenar y procesar información es mucho mayor.

Sin embargo, es fundamental destacar que la teletransportación cuántica no sirve para transmitir datos instantáneamente, o más rápido que la velocidad de la luz. La razón es que Bob necesita obtener información adicional sobre las medidas de Alice que no se transmite a través del sistema de partículas entrelazadas y, por lo tanto, debe enviarse a través de otro canal; por cada qubit teletransportado se deben transmitir dos bits clásicos, y esto solo se puede hacer a través de formas tradicionales que, como mucho, solo alcanzan la velocidad de la luz.

Una futura red cuántica

Pero a pesar de esta limitación, las posibilidades de la teletransportación cuántica parecen cada vez más prometedoras a medida que se alcanzan nuevos hitos. Este año, dos equipos de investigadores han reportado por primera vez la transmisión de qutrits, o unidades tridimensionales de información (que pueden tomar tres valores, 0, 1 y 2). «Ambos estudios han demostrado la teletransportación de qutrit.La principal diferencia es el método que usamos ”, explica a OpenMind Bi-Heng Liu, físico de UCTC y coautor de uno de los estudios aún no publicados.

Sin embargo, por el momento todavía existe cierta controversia entre los dos equipos. Como explicó a OpenMind el físico Chao-Yang Lu, también de UCTC y coautor del otro estudio, publicado en Physical Review Letters, con respecto al trabajo de sus colegas, «no se ha demostrado la naturaleza cuántica de la teletransportación. . » El coautor del mismo estudio, Manuel Erhard, de la Universidad de Viena, también cree que en el experimento de Liu, «las mediciones y los resultados no son suficientes para afirmar una auténtica teletransportación cuántica tridimensional y universal». Por su parte, Liu defiende sus resultados: «Hemos hecho la simulación numérica y hemos confirmado la teletransportación de qutrits».

La polémica también se extiende a las posibilidades de escalar el sistema a un mayor número de dimensiones. Según para Liu, «ambos esquemas son escalables». Por su parte, Erhard sostiene que su propio sistema puede extenderse fácilmente a cualquier dimensión: «Es una cuestión de desarrollo tecnológico para incrementar aún más la dimensionalidad», dice. Por otro lado, no está seguro de si se puede decir lo mismo sobre el sistema de sus colegas.

Pero, ¿cuál es el punto de expandir estos experimentos a un mayor número de dimensiones? «Una posible aplicación de la teletransportación cuántica de alta dimensión radica en las redes cuánticas», explica Erhard a OpenMind. «Por lo tanto, visualizamos una futura red cuántica que se basa en alfabetos de dimensiones superiores. Estos vienen con la ventaja de una mayor capacidad de información y también una mayor resistencia al ruido, por ejemplo».

Por lo tanto, pasar de qubit a qutrit, y de allí a ququart, y así sucesivamente, está sentando las bases para las futuras redes de computación cuántica. Lu predice que su sistema logrará la llamada supremacía cuántica, la capacidad de resolver problemas inalcanzables por la computación clásica: «Estamos implementando experimentos de computación cuántica multidimensional de fotones múltiples llamados muestreo de bosones y, con suerte, en un futuro cercano esperamos controlar 30-50 fotones para alcanzar la supremacía cuántica ”.

Javier Yanes

@ yanes68