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Entrelazamiento cuántico a través de fibra óptica


Un equipo de investigadores alemanes pertenecientes al Instituto Max Planck de Óptica Cuántica (Alemania) han desarrollado una técnica que permite establecer el entrelazamiento cuántico entre átomos ubicados en diferentes lugares, utilizando fotones y un enlace de fibra óptica. Se trata de un interesante experimento que podría ser la piedra fundamental para construir una red de uso general -una nueva Internet- basada en los efectos cuánticos.

La informática cuántica, aún en pañales, está siendo desarrollada en varios laboratorios de diferentes países y aunque lentos, los avances se van produciendo periódicamente. Pero la construcción de ordenadores no es la única utilidad que tiene la física cuántica, y en el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica, de Alemania, han desarrollado una técnica para establecer un vínculo basado en el entrelazamiento cuántico que puede vincular átomos ubicados en diferentes lugares, utilizando para ello fotones y un enlace de fibra óptica. El equipo de trabajo ha sido dirigido por Stephan Ritter, y puede sentar las bases para el desarrollo de una red de uso general, más o menos como la internet actual, pero basada en las particularidades de la física cuántica. El mismo Ritter se ha referido a esta posibilidad, diciendo que “algún día este trabajo no sólo hará posible la comunicación de información cuántica a través de distancias muy grandes, sino que permitirá crear toda una Internet Cuántica“. Experimentos anteriores han demostrado que los efectos cuánticos son útiles para mejorar la criptografía, utilizando pares de fotones entrelazados en el proceso de intercambio de claves.

En este experimento, los investigadores han combinado dos sistemas cuánticos diferentes para crear una “red” de uso general. Para ello, un átomo de rubidio atrapado en una cavidad óptica de reflexión se coloca en cada nodo de la red, y se conectan los nodos entre sí a través de enlaces de fibra óptica. Cada uno de estos átomos funciona como un qubit, almacenando un estado cuántico. Cuando uno de ellos emite un fotón, el estado del átomo es codificado en la polarización de esta partícula, que al alcanzar el nodo de destino transfiere ese qubit al átomo de rubidio que se encuentra en ese sitio. En otras palabras, los átomos de rubidio almacenan qubits, y los fotones se encargan de  transmitir su estado. El sistema, aunque básico, permite resolver un problema de las comunicaciones cuánticas, ya que si bien se habían utilizado fotones para transmitir estados cuánticos siempre había resultado muy difícil almacenar su estado. Los resultados de este trabajo han sido publicados en la revista Scientific American, donde Ritter explica que este sistema había sido propuesto hace unos 15 años, pero había sido imposible de llevar a la práctica hasta ahora.

Cuando intentamos utilizar átomos y fotones individuales, como lo hacemos actualmente, estos apenas interactúan“, dice Ritter. Pero al emplear una cavidad de reflexión el fotón que llega a destino se refleja miles de veces, mejorando la posibilidad de que la interacción deseada tenga lugar. “La cavidad de reflexión aumenta el acoplamiento entre el campo de luz y el átomo”, agrega Ritter. En el experimento se enlazaron dos laboratorios mediante un tramo de fibra óptica de unos 60 metros de largo, estableciendo una conexión entre dos átomos de rubidio aun cuando no existe una interacción directa entre ellos. Ritter dice que sólo se necesita un microsegundo para lograr el entrelazado, pero el estado se mantiene durante unos 100 microsegundos. Esto implica la posibilidad de construir una red de repetidores cuánticosque gracias al teletransporte cuántico podrían transmitir información entre diferentes sitios, que también podría servir como un recurso para la teletransportación de información cuántica. Un día, esto no sólo podría hacer posible la comunicación de la información cuántica a través de distancias muy grandes, algo así como una Internet cuántica.

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Escrito por Ariel Palazzesi

Comentarios

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  1. Es decir, (por lo que entiendo), es que algún día, cundo nos conectemos, mediante fibra óptica, vamos a entrelazar cuántica-mente nuestros dispositivos, es decir, la fibra óptica nada mas se utilizara para realizar el puro entrelazamiento cuántico, y después de eso, las comunicaciones serán instantáneas, obviamente cuando terminemos actividades el entrelazamiento se extinguiera…

    me suena razonable, es decir que nuestros dispositivos solamente van a estar entrelazados un momento, y no siempre y con todos, ademas de que la inversión en redes de fibra no… seria un desperdicio?

    • Hola,

      Hay algo que no me queda claro, la idea del entrelazamiento no es poder "compartir" informacion entre dos puntos de forma instantanea y sin que medie niguna conexion?, entonces no comprendo cual es la ventaje de esto si al final tenemos que conectarlos usando fibra optica.

      Segun le entendi a #1 la idea de la fibra optica seria suarla para establecer el entrelazamiento suena logico pero entonces?

      Que pasa si queremos establecer una comunicacion con un lugar remoto? donde no llegue una linea de fibra optica???

      Agradesco cualquier explicacion que me ayude a entender la idea en general.

      Saludos

      • #6 Necesitas que el foton que lleva la info del estado cuantico llegue a otro átomo para que cambie su estado…. sin enlace óptico no hay intercambio de información… que como vez se transmite por la luz.
        Te recuerdo la dualidad onda particula, onda lumínica-fotón en este caso.
        Sin fibra no hay comunicación.

        La gracia de esto no está donde todos ven… que creen que la gracia está en la forma en que viaja la información… lo importante acá está en como se genera y como se lee la info, que no requere de un proceso de lectura y conversión electrónica.
        Slds,

  2. En realidad, esto es más útil de lo que parece, ya que algunos enlaces intercontinentales son de fibra óptica, por lo que al convertirlos a este tipo de tecnologia tendriamos comunicaciones con un ping de 1 ms para muchos lugares, ahora bien, esto esta en pañalitos, es como cuando querian transmitir una palabra a traves de un modem antiguo… ah pues, este es el primer modem fotonico-cuantico… despues tendremos de seguro el wireless neutrinico-cuantico, el cual comunicaria a todo el planeta y seria en transmisiones a la velocidad de la luz…

    • #8 El wireless que usamos actualmente, utiliza ondas electromagnéticas, así que por definición ya va a la velocdad de la luz. Además, veo complicado que tengamos un wireless neutrínico-cuántico. Los neutrinos apenas afectan a la materia ordinaria, por lo que dudo que sean muy útiles como mensajeros, ya que tendrías que mandar millones para asegurarte de que un neutrino llega a su destino.

      Aunque quien sabe.

  3. Tengo una duda, espero que alguien me la pueda aclarar:
    Seria posible utilizar el entrelazamiento cuantico como forma de comunicacion en viajes espaciales? Incluso para un viaje a Marte, el tiempo de espera es de 40 minutos entre mensaje y mensaje, y a medida que nos alejaramos mas y mas, la comunicacion seria totalmente imposible. No se si aprovechando el entrelazamiento, se podria construir un aparato de comunicaciones que permitiera a una nave espacial que este en Alfa Centauri, comunicarse de forma instantanea con la base terrestre. Seria posible?
    Y si lo fuera, que pasaria si esa misma nave, estuviera viajando al 99.99% de la velocidad de la luz, como seria esa comunicacion? Le afectaria la dilatacion temporal?

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