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Científicos hacen realidad la tecnología de Star Trek teletransportando imágenes

Por primera vez, unos investigadores demostraron cómo se pueden teletransportar imágenes utilizando la luz sin necesidad de enviarlas físicamente

Teletransportación Star Trek

La teleportación, una tecnología ficticia utilizada en el universo de Star Trek que permitía transportar materia a largas distancias sin medios físicos, ha sido reproducida recientemente por unos investigadores.

Un equipo internacional de la Universidad de Witwatersrand (Johannesburgo) y el ICFO (Instituto de Ciencias Fotónicas, España) demostró por primera vez cómo se pueden transportar imágenes sin enviarlas físicamente.

Este descubrimiento representa el transporte cuántico dimensional de información más avanzado hasta la fecha. Los investigadores utilizaron una configuración inspirada en el teletransporte para que la información no viaje físicamente entre las dos partes comunicantes.

“En el teletransporte, la información nunca se envía realmente del punto A al punto B. Una medición en un lugar hace que la información aparezca en otro”, explicó a Metro Andrew Forbes, investigador principal de la Universidad de Wits (Sudáfrica) y autor de la investigación.

El equipo de investigadores realizó la primera demostración experimental de transporte cuántico de estados de alta dimensión con sólo dos fotones entrelazados como recurso cuántico, lo que dio lugar a que la información pareciera “teletransportarse” del emisor al receptor. Para lograr este avance, el equipo utilizó un detector óptico no lineal que elude la necesidad de fotones adicionales, pero que funciona para enviar cualquier “patrón”.

“Ahora es posible teletransportar información de modo que nunca viaje físicamente a través de la conexión: una tecnología “Star Trek” hecha realidad”, afirma Forbes.

Los investigadores reconocen que esta nueva tecnología ya puede utilizarse para establecer un canal seguro de alta dimensión para comunicaciones cuánticas entre dos partes. Sin embargo, esta configuración puede permitir a un emisor almacenar copias de la información.

“Ahora tenemos que ser cautelosos, ya que esta configuración podría no impedir que un emisor tramposo guardara mejores copias de la información a teletransportar, lo que significa que podríamos acabar con muchos clones de Mr Spock en el mundo de Star Trek si eso es lo que Scotty quería”, concluye Adam Vallés, del ICFO (Barcelona), uno de los líderes del proyecto que trabajó en el experimento durante su beca postdoctoral en la Universidad de Wits.

Metro habló con Andrew Forbes para saber más.

“Esperamos que este experimento, que demuestra la viabilidad del proceso, motive nuevos avances en la comunidad de la óptica no lineal mediante la superación de los límites hacia una implementación cuántica completa”.

—  Adán Vallés, uno de los responsables del proyecto en el ICFO (Barcelona).

Aplicación práctica en el sector bancario

-Imaginemos un cliente que quiere enviar información sensible a un banco, por ejemplo, una huella dactilar.

-En la comunicación cuántica tradicional, la información debe enviarse físicamente desde el cliente hasta el banco, siempre con riesgo de interceptación (aunque sea segura).

-En el nuevo esquema de transporte cuántico propuesto, el banco envía un fotón (uno de un par entrelazado) sin información al cliente, que lo superpone en un detector no lineal con la información a enviar.

-Como resultado, la información aparece en el banco exactamente como si hubiera sido teletransportada hasta allí.

-Nunca se envía físicamente información entre las dos partes, por lo que su interceptación resulta infructuosa.

Entrevista

Andrew Forbes,
investigador principal de la Universidad de Wits (Sudáfrica)

P: ¿Por qué se interesó por la teleportación?

- La teleportación es un recurso básico para una red cuántica, así que es natural que si uno está interesado en la comunicación cuántica (como es nuestro caso) se mueva en esa dirección. Nuestra novedad en comunicación cuántica es utilizar fotones estructurados espacialmente -pensemos en “patrones de luz”- como alfabeto para permitir un alto contenido de información: 100 patrones en el estado cuántico significan un estado de 100 dimensiones, con mucha más información que la que se obtendría con las dos dimensiones habituales utilizando la polarización de la luz. Pero, ¿cómo teletransportar un estado cuántico con un alfabeto tan grande?

El problema es que los enfoques actuales funcionan muy bien para dos dimensiones, pero necesitan cada vez más fotones entrelazados si se quiere aumentar la dimensión. Por eso, el estado del arte se limitaba a tres dimensiones. En pocas palabras, ¡sólo podíamos teletransportar una imagen de tres píxeles! Entramos en este campo con una nueva idea que permitiría teletransportar dimensiones mucho mayores.

P: ¿Cómo funciona la comunicación “tradicional” con el envío físico de información?

- En nuestra comunicación cotidiana con luz brillante, enviamos físicamente la información a través de una red de fibra de nodo a nodo, y luego ciframos el mensaje para hacerlo seguro. En la comunicación cuántica tradicional, también se envía físicamente la información, pero el cifrado se realiza creando una clave que es segura desde el punto de vista cuántico. En el teletransporte, la información nunca se envía realmente del punto A al punto B. Una medición en un lugar hace que la información aparezca en otro. Para dar un ejemplo de nuestro experimento real (como se muestra en la diapositiva adjunta), un banco crea dos fotones entrelazados y envía un fotón al cliente, pero este fotón no tiene información y sólo está ahí para establecer un vínculo entre el banco y el cliente. El cliente superpone la información a transportar con este fotón y, al hacerlo, la información aparece en el otro fotón del banco. Incluso si alguien captura el fotón enviado al banco, éste no tiene información, por lo que no gana nada. No hay forma de interceptar la información, ya que en realidad nunca se envía a través de un enlace. Se trata de un efecto puramente cuántico que no es posible en nuestro mundo clásico.

P: ¿En qué se diferencia el método que usted propone?

- En toda teletransportación, y también en nuestra versión de la misma, una de las partes debe crear dos fotones entrelazados, uno para utilizarlo en la medición y otro para “recibir” la información teletransportada. En el teletransporte habitual, la medición es un simple cubo de cristal, lo que llamamos un divisor de haces. Lo que hace que nuestro esquema sea diferente es que utilizamos un cristal que recibe dos fotones, los “destruye” y, en el proceso, produce un nuevo fotón único como salida. Es no lineal en el sentido de que los colores de los tres fotones difieren (en óptica lineal todos tendrían el mismo color y los dos fotones simplemente volverían a salir). No es la norma utilizar un cristal de este tipo para la detección/medición, pero este paso sencillo pero crucial hace que nuestro esquema supere a otros. Los puristas dirían que nuestro esquema no es estrictamente teletransporte porque necesitamos utilizar un rayo láser brillante como una de las entradas al cristal, pero esto es sólo para superar la baja eficiencia del cristal. En el futuro, con cristales mejor diseñados, esta limitación podría superarse y nada más tendría que cambiar en nuestro esquema. Utilizamos la entrada de “luz brillante” a nuestro favor, por eso lo presentamos como un esquema de transporte cuántico que teletransporta la información. Por ejemplo, un rayo láser brillante escanea la huella dactilar y ésta es la entrada al cristal que contiene la información que hay que enviar.

P: ¿Cómo es posible teletransportar información de forma que nunca viaje físicamente?

- Esta es la esencia del teletransporte y es difícil de explicar en términos sencillos. En nuestro esquema el banco prepara dos fotones entrelazados. La esencia del entrelazamiento es que la medición de un fotón afecta al resultado que se puede esperar encontrar en el otro. Ahora bien, en nuestro esquema, el banco se queda con un fotón y envía el otro al cliente, que lo combina con su información utilizando el cristal no lineal y realiza una medición, literalmente un “clic” cuando detecta el nuevo fotón. Como uno de los dos fotones entrelazados del banco ha sido alterado, también lo es el otro que han conservado. La única forma de que encuentren un “clic” cuando intentan medir su fotón es cuando la información medida es exactamente la misma que la que envió el cliente. Esto es una simplificación de la explicación, pero capta su esencia. Es puramente cuántico porque necesita esos fotones entrelazados y, por lo que sabemos, el entrelazamiento existe independientemente de la distancia entre los dos fotones. Es la espeluznante acción a distancia que Einstein aborrecía, pero que hoy es un ingrediente esencial de nuestras redes cuánticas.

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