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Computación

Un fotón se teletransporta desde la Tierra al espacio por primera vez

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El trabajo, que ha batido el récord de distancia para el entrelazamiento cuántico, utilizó una base terrestre a gran altitud y una estación receptora situada en un satélite en órbita a más de 500 kilómetros. Es una hazaña impresionante que podría abrir las puertas del internet cuántico

  • por Emerging Technology From The Arxiv | traducido por Teresa Woods
  • 13 Julio, 2017

El año pasado, un cohete Long March 2D despegó del Centro de Lanzamiento de Satélites de Jiuquan situada en el desierto del Gobi (China). A bordo llevaba un satélite llamado Micius en honor a un antiguo filósofo chino que murió en el año 391 a. C. El cohete colocó a Micius en una órbita sincrónica al Sol que le hacía pasar sobre el mismo punto de la Tierra a la misma hora todos los días.

Micius es un receptor de fotones altamente sensible capaz de detectar el estado cuántico de cada fotón individual disparado desde el suelo. Eso es importante porque debería permitir a los científicos probar los bloques de construcción tecnológicos necesarios para realizar varias tareas cuánticas como el entrelazamiento, la criptografía y el teletransporte.

Esta semana, el equipo de Micius ha anunciado los resultados de sus primeros experimentos. El equipo ha creado la primera red cuántica de satélite a tierra, que ha batido el récord de la distancia más larga en la que se ha medido el entrelazamiento cúantico. Y ha utilizado esta red cuántica para teletransportar el primer objeto desde la superficie de la Tierra hasta órbita.

El teletransporte se ha convertido en una operación estándar en los laboratorios de óptica cuántica en todo el mundo. La técnica se basa en el extraño fenómeno del entrelazamiento cuántico. El fenómeno se produce cuando dos objetos cuánticos, por ejemplo dos fotones, se forman en el mismo instante y punto en el espacio y comparten la misma existencia. En términos técnicos, son descritos por la misma función de onda.

Lo curioso del entrelazamiento cuántico es que esta existencia compartida se mantiene incluso cuando los fotones están separados por grandes distancias. Así que la medición de uno influye inmediatamente el estado del otro, al margen de la distancia que los separe.

Durante la década de 1990, los científicos se dieron cuenta de que podían usar el fenómeno para transmitir informaciones cuánticas desde un punto del universo a otro. La idea consiste en "descargar" toda la información asociada con un fotón en un lugar y transmitirlo a través de un enlace entrelazado a otro fotón en otro lugar.

Este segundo fotón asume entonces la identidad del primero. A todos los efectos, se convierte en el primer fotón. Esa es la naturaleza del teletransporte y se ha realizado muchas veces en laboratorios ubicados en la Tierra.

El teletransporte es un elemento clave en una amplia gama de tecnologías. "El teletransporte de larga distancia ha sido reconocido como un elemento fundamental en protocolos tales como las redes cuánticas a gran escala y la computación cuántica distribuida", afirma el equipo chino.

En teoría, no debería haber una distancia máxima a partir de la cual el fenómeno deje de funcionar. Pero el entrelazamiento cuántico es muy frágil porque los fotones interactúan con la materia presente en la atmósfera o dentro de las fibras ópticas, lo que puede romper el entrelazamiento.

Como resultado, la distancia máxima a la que los científicos habían podido medir el entrelazamiento hasta ahora estaba muy limitada . "Debido a la pérdida de fotones en las fibras ópticas o en los canales terrestres de espacio libre, los experimentos previos de teletransporte entre lugares lejanos se limitaron a una distancia de la orden de 100 kilómetros", explica el equipo.

Micius supera este problema porque orbita a una altitud de 500 kilómetros, y en la mayor parte del recorrido que debe realizar un fotón para llegar hasta allí se dan condiciones de vacío. Y para minimizar la cantidad de atmósfera con la que entran en contacto por el camino, el equipo chino estableció su base terrestre en Ngari, en el Tíbet, a una altitud de más de 4.000 metros. Así que la distancia que separa al satélite del suelo varía entre unos 1.400 kilómetros cuando se encuentra cerca del horizonte a unos 500 kilómetros cuando sobrevuela la estación.

Para realizar el experimento, el equipo chino generó parejas de fotones entrelazados en el laboratorio a un ritmo de alrededor de 4.000 por segundo. Después enviaron uno de estos fotones al satélite, que pasaba por encima todos los días a medianoche y dejaron al otro en tierra.

Por último, midieron los fotones en tierra y en órbita para confirmar que el entrelazamiento se mantenía, y que habían sido capaces de teletransportar los fotones. Durante 32 días, enviaron millones de fotones y lograron resultados positivos en 911 casos.  La investigación afirma: "Informamos del primer teletransporte cuántico de qubits independientes de un solo fotón, desde un observatorio terrestre hasta un satélite de baja órbita terrestre, a través de un canal de enlace ascendente, con una distancia de hasta 1.400 km".

Esta es la primera vez que se ha teletransportado cualquier objeto desde la Tierra a órbita, y diezma el récord anterior de la distancia más larga de entrelazamiento cuántico.

Es un trabajo impresionante que facilitará objetivos mucho más ambiciosos en el futuro. "Este trabajo establece el primer enlace tierra-satélite para el teletransporte cuántico fiable y de ultralarga distancia, un paso esencial hacia un internet cuántico a escala global", asegura el equipo. Pero más allá de la ciencia, la investigación también demuestra que China es el claro líder de un campo que, hasta hace poco, estaba controlado por Europa y EEUU. ¿Cómo responderá Occidente? Micius seguramente se habría quedado impresionado.

Ref: arxiv.org/abs/1707.00934 : Teleportación cuántica de tierra a satélite

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