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Récord de distancia de teleportación cuántica en fibra óptica: 100 kilómetros

Científicos de EE.UU. han teletransportado, o transferido, información cuántica a 100 kilómetros de distancia, a través de fibra óptica, y a bordo de fotones. Es cuatro veces más que el récord anterior, realizado por científicos suizos hace un año.

Récord de distancia de teleportación cuántica en fibra óptica: 100 kilómetros

Investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), agencia del ministerio de Comercio de Estados Unidos, han «teletransportado» o transferido información cuántica a bordo de partículas de luz a lo largo de más de 100 kilómetros (km) de fibra óptica, cuatro veces más lejos que el récord anterior.

El experimento confirmó que la comunicación cuántica es factible a través de largas distancias de fibra. Otros grupos de investigación han teletransportado información cuántica en distancias más largas en el espacio libre, pero la posibilidad de hacerlo a través de líneas de fibra óptica convencionales ofrece una mayor flexibilidad para el diseño de la red.

No debe confundirse con la teletransportación de las personas de Star Trek: la teleportación cuántica implica la transferencia, o reconstrucción a distancia, de la información codificada en los estados cuánticos de la materia o de la luz.

La teleportación es útil tanto en comunicaciones cuánticas como en la computación cuántica, que plantean nuevas posibilidades como el cifrado irrompible y el descifrado de códigos avanzado, respectivamente.

El método básico para la teletransportación cuántica fue propuesto por primera vez hace más de 20 años y ha sido realizado por una serie de grupos de investigación, entre ellos uno del NIST utilizando átomos en 2004.

El nuevo récord, que se describe en i[Optica], implicó la transferencia de la información cuántica contenida en un solo fotón -su franja horaria específica dentro de una secuencia- a otro fotón a través de más de 102 km de fibra en carrete, en un laboratorio NIST de Colorado.

El autor principal, Hiroki Takesue, era investigador NIST invitado procedente de la empresa japonesa NTT. El logro fue posible gracias a los detectores avanzados de fotones individuales diseñados y realizados en el NIST.

«Sólo alrededor del 1 por ciento de los fotones llegan al final de los 100 km de fibra», dice Marty Stevens, investigador del NIST, en la noticia de éste. «Nunca podríamos haber hecho este experimento sin estos nuevos detectores, que pueden medir esta señal tan increíblemente débil.»

Hasta ahora, se perdía tal cantidad de datos cuánticos en la fibra que las velocidades de transmisión y las distancias eran pequeñas. La nueva técnica de teletransportación podría utilizarse para hacer unos dispositivos llamados repetidores cuánticos, que podrían reenviar los datos periódicamente para ampliar el alcance de la red, tal vez suficiente para construir finalmente una «internet cuántica.»

Hasta ahora, los investigadores pensaban que los repetidores cuánticos podrían tener que depender de átomos u otros materiales, en lugar de la luz, un reto de ingeniería difícil que también frenaría la transmisión.

Estados

Varios estados cuánticos pueden ser usados ​​para transportar información; el experimento NTT / NIST utiliza estados cuánticos que indican cuándo llega un fotón individual en una secuencia de intervalos de tiempo. El método de teletransporte tiene la novedad de que se colocan cuatro detectores de fotones para filtrar los estados cuánticos específicos

Los detectores se basan en nanocables superconductores hechos de siliciuro de molibdeno. Pueden registrar más del 80 por ciento de los fotones que llegan, revelando si están en el mismo o diferentes intervalos de tiempo, cada uno de solo 1 nanosegundo de largo. Los experimentos se realizaron en longitudes de onda comúnmente usadas en las telecomunicaciones.

Debido a que el experimento filtraba y se centraba en una combinación limitada de estados cuánticos, el teletransporte solo se producía con éxito el 25 por ciento de las veces, como mucho. Gracias a los eficientes detectores, los investigadores teletransportaron con éxito el estado cuántico deseado en el 83 por ciento del máximo posible de transmisiones exitosas, en promedio.

Todas las ejecuciones experimentales, con diferentes propiedades iniciales, superaron el umbral matemáticamente significativo del 66,7 por ciento para demostrar la naturaleza cuántica del proceso de teletransporte.

Récord anterior

El récord anterior en fibra se produjo hace un año, cuando físicos suizos teletransportaron el estado cuántico de un fotón a un cristal a través de más de 25 kilómetros de fibra óptica.

Pasar de la luz a la materia, utilizando el teletransporte de un fotón a un cristal, muestra que, en la física cuántica, no es la composición de una partícula lo que es importante, sino más bien su estado, ya que este puede existir y persistir en diferencias tan extremas como aquellas que distinguen la luz de la materia, explicaban los autores.

El estado cuántico de un fotón se puede mantener mientras es transportado a un cristal sin que los dos estén directamente en contacto. El cristal debe imaginarse como un banco de memoria que almacena la información del fotón.

Referencia bibliográfica:

Hiroki Takesue, Shellee D. Dyer, Martin J. Stevens, Varun Verma, Richard P. Mirin, Sae Woo Nam: Quantum teleportation over 100  km of fiber using highly efficient superconducting nanowire single-photon detectors. Optica (2015). DOI: 10.1364/OPTICA.2.000832

RedacciónT21

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