jueves, 14 de febrero de 2013

Teleportación Cuántica

Autor:
PhD. Guillermo Choque Aspiazu
http://www.eldiario.net/
Publicado en:
Marzo 31 de 2008

El año 1982, en un laboratorio de óptica francés, el físico Alain Aspect, ayudado por otros colegas, realizó lo que planeaba el problema de Einstein mostrando que pueden producirse partículas en estados entrelazados, esto es, cuerpos en estados relacionados de tal manera que la manipulación de uno de ellos afecta la situación de otro distante, sin que medie la transmisión de una señal que informe acerca de tal manipulación. El experimento de Aspect fue realizado produciendo un par de fotones que viajaron en direcciones opuestas y analizando los efectos en uno de ellos causados por la observación del otro. Ahora se sabe de la existencia de correlaciones entre sistemas de partículas causadas por la naturaleza de su producción, las cuales se conservan mientras no se perturbe al sistema y se manifiestan al hacerlo, aunque la separación de las partículas sea muy grande.


La posibilidad de crear estados entrelazados consiste en que si se pone dos sistemas cuánticos en contacto bajo ciertas condiciones, las propiedades de ambos quedaran inextricablemente relacionadas. Aunque después se los separe, con bastante cuidado, estos dos sistemas pasan a estar “enredados” entre ellos: todo lo que se le haga a uno le afectara al otro. En teoría, las posibilidades de usar esto en comunicaciones seguras son tentadoras: considere dos electrones en La Paz, entrelace los mismos y después lleve uno de ellos, con bastante cuidado a Tokyo. No importa la distancia, seguirán enredados. De esta manera, si Miguel que está en La Paz le quiere transmitir un mensaje seguro a su amiga Yukita que se encuentra en Tokyo, manipula su electrón de alguna forma que tengan convenida y luego llama por teléfono o envía un e-mail a Yukita y le dice que mida el estado de su electrón. La única forma de recibir el mensaje de Miguel será midiendo el estado del electrón de Yukita. Esta comunicación habrá sido inviolable, porque si cualquiera intentase “tocar” alguno de los dos electrones sin consentimiento de Miguel y Yukita, el sistema se descerrajaría, y ellos sabrían que alguien había intentado espiar su comunicación.

El fenómeno de la teleportación cuántica también se basa en los estados entrelazados. No se trata, en realidad, de teleportar materia de un lugar a otro de forma instantánea, al estilo de la serie “Viaje a las Estrellas”, aunque los físicos utilicen a veces esa imagen porque, al fin y al cabo, tienen vender los productos de las investigaciones y conseguir que los contribuyentes sigan financiando el funcionamiento de los laboratorios. La teleportación cuántica consiste en teleportar el estado de una partícula a otra alejada de ella. Todo esto de los estados entrelazados es fundamental en computación cuántica, porque se puede enredar los Qbits. En computación clásica, se tiene que hacer operaciones sobre los bits de uno en uno. Sin embargo, en una computadora cuántica, donde se tenga un grupo de Qbits enredados, se puede operar a la vez en paralelo sobre todos ellos. Y este paralelismo intrínseco es una de las grandes ventajas de la computación cuántica.

La teleportación es un sistema que consiste en trasladar objetos o sustancias de un lugar a otro, sin necesidad de moverlos, sino que dividiendo sus componentes. En otras palabras, se trata de tomar un objeto y lograr que en otro lugar del universo aparezca un objeto idéntico, en el mismo estado. La materia y la energía no pueden ser teleportadas, pero la “entidad cuántica” de una partícula sí. Por eso, en la teleportación cuántica no se transfieren las partículas mismas, sino que sus “estados cuánticos”, es decir, información que permite “reconstruirlos” casi instantáneamente en otro lado. Los físicos creen que este logro será muy importante, pero consideran que por el momento la teleportación sólo será posible para sistemas de comunicación digitales y de computación avanzada. Uno de los principales objetivos sería desarrollar computadoras cuánticas, capaces de solucionar problemas que las mejores computadoras actuales tardarían cientos de años en resolver. Una de las aplicaciones, por ejemplo, podría ser la de descifrar sistemas encriptados de información.

En la mecánica cuántica, se llama “entrelazamiento” o “enredo” a un fenómeno que hace que dos partículas subatómicas permanezcan relacionadas entre sí casi por obligación, si fueron generadas en un mismo proceso. Esas partículas forman subsistemas que no pueden representarse separadamente. Cuando una de las dos partículas sufre un cambio de estado, repercute en la otra. Bajo ciertas circunstancias, cuando una partícula es dividida en dos, cada una de las resultantes posee propiedades que están unidas a la otra, sin importar cuán separadas se encuentren. El estado cuántico de una partícula “entrelazada” una vez medida, instantáneamente define el estado de la otra. El gran Albert Einstein definió este principio como “una asombrosa acción a la distancia”, que es utilizado para la teleportación, ya que las partículas “entrelazadas” pueden ser utilizadas para transferir información de un lugar a otro. Este efecto de “fotones cruzados” fue la base del experimento de científicos austriacos: los dos fotones emparejados, enviados en direcciones opuestas, permanecen comunicados entre sí. Al determinarse la polarización de uno de los fotones, puede contarse con que el otro, aunque esté lejos del primero, poseerá la misma polarización. Y claro, teóricamente, si suficiente información es obtenida de esa forma, puede ser efectiva la teleportación de objetos, animales ¡y hasta de seres humanos!. No obstante lo anterior, de acuerdo a algunos científicos, la teleportación podría desarmar a un ser humano átomo a átomo, para luego reensamblarlo en otra parte.

El concepto de teleportación cuántica, el completo traslado incorpóreo del estado de un sistema cuántico a cualquier otro lugar, se demostró experimentalmente por primera vez entre dos haces diferentes de luz. Después se hizo posible transferir también las propiedades de un ión almacenado a otro objeto del mismo tipo. Un equipo de científicos encabezado por el profesor Ignacio Cirac y por el profesor Eugene Polzik, del Instituto Niels Bohr, ha demostrado ahora que los estados cuánticos de un pulso de luz también pueden transferirse a un objeto macroscópico, un conjunto de átomos cuyo número es de 10 elevado a la potencia 12. Éste es el primer caso con éxito de teleportación entre objetos de naturaleza diferente, uno que representa un medio “móvil” y el otro un medio “estacionario”.

A diferencia del concepto más habitual en el que se suele pensar cuando se habla de “teleportación”, la cuestión aquí no es que una partícula desaparezca de un lugar y reaparezca en otro. La “teleportación cuántica” constituye un método de comunicación para aplicaciones en la criptografía cuántica y la decodificación de datos, y no un nuevo tipo de “transporte”. La importancia del experimento consiste en que ahora es posible por primera vez lograr la teleportación entre átomos estacionarios, que pueden almacenar estados cuánticos, y la luz necesaria para transmitir la información a grandes distancias. Esto marca un paso importante hacia el logro de la criptografía cuántica, es decir, la comunicación completamente segura a largas distancias.

Como en nuestra época se busca de inmediato el uso del conocimiento científico, hay en estos momentos mucha actividad para emplear el fenómeno de entrelazamiento de partículas y se espera pronto disponer, además de la computación, de la criptografía y de la teleportación cuánticas. Se sabe que con la criptografía se busca asegurar el secreto en las comunicaciones, y la mecánica cuántica ofrece la posibilidad de lograrlo destruyendo la información en el caso de que alguien intentara obtenerla sin conocimiento de su destinatario. Con la teleportación cuántica se espera llevar objetos, preferentemente seres humanos, de un lugar a otro muy distante “recreándolos” en su destino, con el consiguiente ahorro de tiempo y uso de vehículos pesados como los que ahora se emplean. Ya se afirma que las paradojas aparecidas en los inicios de la mecánica cuántica son la base de la tecnología del futuro.

Actualmente, la aplicación principal de la teleportación cuántica sería el desarrollo de la computación cuántica, en la cual los portales lógicos de un procesador computacional están integrados en el nivel atómico y el estado lógico de uno de los bits del procesador sería denotado por el estado cuántico de un átomo individual, una representación así de la lógica computacional puede ser aplicada también a la memoria de la computadora creando una memoria de acceso aleatoria cuántica.

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