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El intercambio de enredos cuánticos: una clave para las comunicaciones del futuro

ciencia El intercambio de enredos cuánticos: una clave para las comunicaciones del futuro

The Art of Quantum Jumping (Junio 2019).

Anonim

Se espera que la computación cuántica, el cifrado y las telecomunicaciones sean importantes en el futuro. Recientemente, un equipo de la Universidad de Ginebra logró producir más fácilmente un intercambio cuántico entre pares de fotones.

Una experiencia de óptica cuántica. Crédito: Universidad de Ginebra-GAP

El fenómeno del enredo cuántico se ha convertido hoy en día en uno de los emblemas de las características extraordinarias de la mecánica cuántica. Descubierto teóricamente en los años 30 por Einstein Schrödinger, es la base de los famosos paradoxes EPR y " Schrödinger cat ".

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Dos pares de partículas, como los fotones que surgen de la descomposición de una partícula de materia o se emiten simultáneamente durante una transición atómica particular, como es el caso del famoso experimento de Aspect en 1982, pueden terminar en una extraña situación física: entrelazamiento.

Luego forman un sistema físico único, no separable y cualquier medición del estado de una de las partículas influye instantáneamente en el estado de su compañero, sea cual sea la distancia que los separa.

Las implicaciones son profundas porque todo sucede como si, fundamentalmente, la realidad fuera de hecho un todo inseparable más allá de las categorías intuitivas del espacio y el tiempo.

Esto no se trata solo de consideraciones teóricas esotéricas. Controlar el enredo de partículas a nivel cuántico pronto puede darnos la clave para computadoras mucho más grandes que las que tenemos actualmente. El mismo fenómeno de enredo está en la raíz de la teletransportación cuántica, que nuevamente podría afectar la tecnología de telecomunicaciones en el futuro cercano.

Pares de partículas enredadas cuyo enredo puede ser intercambiado

Para entender completamente lo que han hecho los miembros del Grupo de Física Aplicada (GAP) de la Universidad de Ginebra, debemos saber que generalmente producimos pares de fotones enredados, llamémoslos A y B, de fuentes discretas de luz que emiten paquetes de dichos pares de fotones.

Si consideramos dos pares, (A1, A2) y (B1, B2), entonces es posible enredar A1 y B1 al realizar sobre ellos una medida particular y simultánea. Uno de los cuatro posibles estados de Bell se produce luego para dos partículas arbitrarias, cada una de las cuales puede existir en dos estados cuánticos, por ejemplo polarización izquierda y derecha para un fotón alto y bajo para un electrón.

Los colores representan una partícula y la flecha uno de estos dos estados posibles. Los corchetes son una representación de un vector de estado en mecánica cuántica en el formalismo de Dirac (Crédito: Gianni Blatter).

Automáticamente, la formación de un estado de Bell mediante la medición de A1 y B1, en el que los fotones se enredan, causa el enredo a su vez de A2 y B2. Por lo tanto, se realizó un intercambio de enredo entre los pares iniciales de fotones que eran independientes al comienzo del experimento. Estamos hablando de Bell-State Measurement o BSM para calificar este proceso.

El problema de las fuentes discretas de pares

Nicolas Gisins se hizo famoso hace unos años con sus experimentos pioneros en la teletransportación cuántica y es con su grupo que logró reproducir el fenómeno anterior de intercambio no con fuentes discretas sino con fuentes pares continuos de fotones entrelazados.

Esto es importante porque, hasta ahora, era necesario sincronizar con mucha precisión la emisión de los paquetes de pares de fotones y no era fácil. La dificultad encontrada fue tal que dificultó la práctica práctica de un sistema de comunicación cuántica a escala global. Esta dificultad se evadió utilizando una fuente continua y difiriendo el requisito de sincronización, no en la transmisión, sino en la detección. Un artículo sobre el tema fue publicado hace algún tiempo en Nature .

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