Los científicos austriacos y chinos han logrado teletransportar estados cuánticos tridimensionales por primera vez. La teletransportación de alta dimensión podría desempeñar un papel importante en las futuras computadoras cuánticas.

Investigadores de la Academia de Ciencias de Austria y la Universidad de Viena han demostrado experimentalmente lo que antes era solo una posibilidad teórica. Junto con físicos cuánticos de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, han logrado teletransportar complejos estados cuánticos de alta dimensión. Los equipos de investigación informan de esta primicia internacional en la revista Cartas de revisión física .

En su estudio, los investigadores teletransportaron el estado cuántico de un fotón (partícula de luz) a otro distante. Previamente, sólo se habían transmitido estados de dos niveles ("qubits"), es decir., información con valores "0" o "1". Sin embargo, los científicos lograron teletransportarse a un estado de tres niveles, un llamado "qutrit". En física cuántica, a diferencia de la informática clásica, "0" y "1" no son "una o la otra", ambos simultáneamente, o cualquier cosa en el medio, también es posible. El equipo austriaco-chino lo ha demostrado ahora en la práctica con una tercera posibilidad "2".

Nuevo método experimental

Se sabe desde la década de 1990 que la teletransportación cuántica multidimensional es teóricamente posible. Sin embargo:"Primero, tuvimos que diseñar un método experimental para implementar la teletransportación de alta dimensión, así como desarrollar la tecnología necesaria ", dice Manuel Erhard del Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica de Viena de la Academia de Ciencias de Austria.

El estado cuántico que se va a teletransportar se codifica en los posibles caminos que puede tomar un fotón. Uno puede imaginar estos caminos como tres fibras ópticas. Lo más interesante es en física cuántica, un solo fotón también puede ubicarse en las tres fibras ópticas al mismo tiempo. Para teletransportar este estado cuántico tridimensional, los investigadores utilizaron un nuevo método experimental. El núcleo de la teletransportación cuántica es la llamada medición de Bell. Se basa en un divisor de haz multipuerto, que dirige los fotones a través de varias entradas y salidas y conecta todas las fibras ópticas juntas. Además, los científicos utilizaron fotones auxiliares; estos también se envían al divisor de haces múltiples y pueden interferir con los otros fotones.

Mediante una selección inteligente de ciertos patrones de interferencia, la información cuántica se puede transferir a otro fotón lejos del fotón de entrada, sin que los dos interactúen físicamente. El concepto experimental no se limita a tres dimensiones, pero, en principio, puede extenderse a cualquier número de dimensiones, como enfatiza Erhard.

Mayor capacidad de información para computadoras cuánticas

Con este, el equipo de investigación internacional también ha dado un paso importante hacia aplicaciones prácticas como una futura Internet cuántica, ya que los sistemas cuánticos de alta dimensión pueden transportar mayores cantidades de información que los qubits. "Este resultado podría ayudar a conectar las computadoras cuánticas con capacidades de información más allá de los qubits", dice Anton Zeilinger, físico cuántico de la Academia de Ciencias de Austria y la Universidad de Viena, sobre el potencial innovador del nuevo método.

Los investigadores chinos participantes también ven grandes oportunidades en la teletransportación cuántica multidimensional. "Los conceptos básicos para los sistemas de redes cuánticas de próxima generación se basan en nuestra investigación fundamental actual", dice Jian-Wei Pan de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China. Pan dio recientemente una conferencia en Viena por invitación de la Universidad de Viena y la Academia.

En el trabajo futuro, los físicos cuánticos se centrarán en cómo ampliar el conocimiento recién adquirido para permitir la teletransportación de todo el estado cuántico de un solo fotón o átomo.