Los físicos han propuesto un sistema de teleportación cuántica de un haz de luz, que podría tener aplicaciones como la computación cuántica
Por lo general, cuando los físicos hablan de teleportación cuántica, se están refiriendo a la transferencia de estados cuánticos de una partícula a otra sin un vínculo físico. Ahora, los físicos han investigado una forma ligeramente diferente de teletransporte, en el que se teleptorta un campo cuántico, o un haz de luz completo, de un lugar a otro. Se necesita este tipo de teleportación “fuerte” para algunas aplicaciones de información cuántica, y podría llevar a la teleportación cuántica de imágenes.
En su estudio, Changsuk Noh, MJ Collett y HJ Carmichael de la Universidad de Auckland en Nueva Zelanda, junto con A. Chia de la Universidad Griffith de Queensland, Australia, y Nha Hyunchul de la Universidad Texas A & M en Qatar, en Dohar, Qatar, han propuesto un plan para teleportar un haz de luz, incluyendo sus fluctuaciones en el tiempo. Esperan demostrar que es posible que un objeto físico en un lugar (por ejemplo, un campo cuántico) podría surgir en otro lugar en el mismo estado cuántico, de modo que cualquier tipo de medición produciría el mismo resultado en ambos lugares. En contraste, los anteriores planes de teletransporte no consideraban seriamente la posibilidad de reproducción de algunos elementos, tales como las fluctuaciones en el tiempo.
En su propuesta, los científicos investigaron una corriente de fotones espaciados uniformemente, o desagrupados. Si se detectan fotones individuales en un flujo que estén espaciados de manera similar al flujo de fotones en la entrada, eso verificaría la teleportación del campo cuántico completo. Los científicos deseaban encontrar las condiciones en las que podría producirse esta detección. Ellos encontraron que la compresión de la luz —una técnica que se utiliza para mejorar la precisión de las mediciones— podría permitir la teleportación cuántica de un flujo cuántico de fotones, si la compresión se realiza en un amplio ancho de banda.
“Yo diría que la mayor importancia de nuestro estudio es a nivel de clarificación de los principios fundamentales”, dijo Carmichael a PhysOrg.com. “La propuesta original de teleportación cuántica es conceptualmente sencilla, ya que el estado cuántico que consideramos es transportado por un objeto material: una partícula. A Alice y Bob les damos partículas similares, el estado de la partícula de Alice es destruido y es adquirido por la de Bob. Cuando se transfiere esta idea a la teleportación de la luz, uno se enfrenta con un cambio fundamental, porque el estado de “no luz” (el vacío) también es un estado cuántico, y hay una infinidad de “objetos” (modos o frecuencias de luz) en este estado de “no luz”. Cada uno de estos estados tiene que ser reproducido en el mismo estado de “no luz” en el teletransporte. Nuestro documento aclara esta distinción y muestra cómo lograr la reproducción necesaria”.
Los científicos observan que los niveles de compresión son exigentes, pero nuevas investigaciones en el diseño de experimentos podría revelar métodos más óptimos. Uno de los mayores retos para la realización de esta propuesta, tal como explicó Carmichael, es la exigencia de fuentes flexibles de luz comprimida de alta calidad.
“La tecnología para hacer realidad el sistema ya está disponinle, a nivel fundamental, pero hay graves problemas en hacer la tecnología suficientemente buena para llevar a cabo un experimento”, dijo. “El paso principal que se necesita es mejorar la fuente de luz comprimida. Se necesitan mejoras en dos sentidos: en primer lugar, alcanzar mayores niveles de compresión y, en segundo lugar, comprimir a un alto nivel en un amplio ancho de banda en el rango de frecuencias de la luz de entrada”.
Si los físicos pueden superar estos desafíos, la capacidad de transportar haces de luz podría dar lugar a muchas aplicaciones interesantes. Por ejemplo, los investigadores sugieren que se podría utilzar una versión multi-canal —en la cual se teletransportan en paralelo dos o más haces— para teleportar imágenes cuánticas.
“Los sistemas de comunicaciones del tipo de tipo clásico actual envian información en una secuencia de impulsos de luz; una secuencia de patrones en el tiempo, algo así como los dientes de un peine con dientes que faltan en varios lugares”, explicó Carmichael. “Nuestro método de teletransporte es capaz de enviar una secuencia de patrones de pulsos… en principio, aun cuando cada pulso es un exótico estado cuántico o cuando el estado de toda la cadena de pulsos está enlazado (un peine cuántico cuyos dientes toman colores cuánticos interrelacionados)”. Las ideas anteriores sobre cómo hacer esto requerían un modelo de pulsos de luz comprimida y un modelo combinado con éste de medición de pulsos, ambos necesarios para llevar a cabo el protocolo de teletransporte. Por lo tanto, nuestra propuesta encuentra aplicación cuando se necesita la transmisión de estas secuencias de patrones de pulsos como, por ejemplo, en algunos sistemas de computación cuántica en un registro de qubits. ”
Lo que es más importante, es probable que la teleportación de haces de luz ofrezca potenciales sin descubrir. “Es de esperar que la mayor importancia de nuestro estudio, por lo tanto, se haga realidad en la mente de los lectores que entiendan claramente lo que significa teleportar un campo cuántico (haz de luz), y cuáles son los desafíos técnicos si se va a explotar toda el potencial de este modo de teletransporte”, dijo Carmichael.
Para más información: Changsuk Noh, A. Chia, Hyunchul Nha, MJ Collett, y HJ Carmichael. “Quantum Teleportation of the Temporal Fluctuations of Light.” (”Teleportación cuántica de las fluctuaciones temporales de la Luz”). Physical Review Letters 102, 230501 (2009).
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