Teletransportación cuántica

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La teletransportación cuántica  es la transmisión de un estado cuántico a distancia utilizando un par entrelazado separado en el espacio y un canal de comunicación clásico , en el que el estado se destruye en el punto de partida durante la medición y se recrea en el punto de recepción.

El término se estableció gracias a un artículo publicado en 1993 [1] en la revista " Physical Review Letters ", en el que se describe qué tipo de fenómeno cuántico se propone denominar "teletransportación" ( del inglés  teleporting ) y en qué se diferencia de la " teletransportación ". popular en la ciencia ficción.

La teletransportación cuántica no transfiere energía o materia a distancia. El fantástico concepto de teletransportación proviene de una interpretación específica del experimento: “el estado inicial de la partícula A después de todo lo que ha sucedido se destruye. Es decir, el estado no fue copiado, sino transferido de un lugar a otro.

Descripción del experimento

Al implementar la teletransportación cuántica, además de transmitir información a través de un canal cuántico, también es necesario transmitir información adicional necesaria para leer un mensaje a través de un canal clásico. Las correlaciones de Einstein-Podolsky-Rosen características de las partículas entrelazadas cuánticas se utilizan para transmitir la "parte cuántica" , y cualquier canal de comunicación convencional es adecuado para transmitir información clásica.

Para simplificar, consideremos un sistema cuántico con dos estados posibles y (por ejemplo, la proyección del espín de un electrón o fotón sobre un eje dado). Dichos sistemas a menudo se denominan qubits . Sin embargo, el método que se describe a continuación es adecuado para transferir el estado de cualquier sistema que tenga un número finito de estados.

Supongamos que el emisor tiene la partícula A, que está en un estado cuántico arbitrario , y quiere transferir este estado cuántico al receptor, es decir, asegurarse de que el receptor tiene a su disposición la partícula B en el mismo estado. En otras palabras, es necesario transmitir la proporción de dos números complejos y (con la máxima precisión). Tenga en cuenta que el objetivo principal aquí es transmitir información no lo más rápido posible, sino con la mayor precisión posible . Para lograr este objetivo, se siguen los siguientes pasos.

1. El emisor y el receptor crean un par de C y B entrelazados cuánticamente (por ejemplo, dos qubits en el estado de Bell ) por adelantado, con C llegando al emisor y B al receptor. Dado que estas partículas están entrelazadas, cada una de ellas no tiene su propia función de onda (vector de estado), pero el par completo (o más bien, los grados de libertad que nos interesan) están descritos por un solo vector de estado de cuatro dimensiones .
2. El sistema cuántico de partículas A y C tiene cuatro estados, sin embargo, no podemos describir su estado mediante un vector: solo un sistema de tres partículas A, B, C tiene un estado puro (completamente definido). tiene cuatro resultados posibles, sobre un sistema de dos partículas A y C, obtiene uno de los 4 valores propios de la cantidad medida. Dado que, durante esta medición, el sistema de tres partículas A, B, C colapsa en un nuevo estado, y los estados de las partículas A y C se vuelven completamente conocidos, el entrelazamiento se destruye y la partícula B se encuentra en un cierto estado cuántico.
3. Es en este momento cuando se produce la “transferencia” de la “parte cuántica” de la información. Sin embargo, todavía es imposible restaurar la información transmitida: el receptor sabe que el estado de la partícula B está relacionado de alguna manera con el estado de la partícula A, ¡pero no sabe exactamente cómo !
4. Para averiguarlo, es necesario que el emisor comunique el resultado de su medida al receptor por el canal clásico habitual (gastando dos bits correspondientes al estado AC enganchado medido por el emisor). Según las leyes de la mecánica cuántica, resulta que, teniendo el resultado de una medida realizada sobre un par de partículas A y C, y más la partícula B entrelazada con C, el receptor podrá realizar la transformación necesaria sobre la estado de la partícula B y restaurar el estado inicial de la partícula A.

La transmisión completa de la información se llevará a cabo solo después de que el destinatario tenga los datos recibidos a través de ambos canales. Antes de recibir el resultado en el canal clásico, el receptor no puede decir nada sobre el estado transmitido.

Es fundamentalmente imposible interceptar la información transmitida; si un "intruso" trata de seguir la evolución de un par entrelazado B y C, inmediatamente destruirá su entrelazamiento.

Implementación experimental

• La implementación experimental de la teletransportación cuántica del estado de polarización de un fotón fue llevada a cabo en 1997 casi simultáneamente por grupos de físicos liderados por Anton Zeilinger ( Universidad de Innsbruck ) [2] y Francesco de Martini ( Universidad de Roma ) [3] .
• En la revista Nature del 17 de junio de 2004, se anunció la exitosa observación experimental de la teletransportación cuántica del estado cuántico del átomo por parte de dos grupos de investigación a la vez: M. Riebe et al., Nature 429, 734-737 Archivado el 15 de noviembre , 2006 en Wayback Machine (ion de átomo de calcio) y MDBarrett et al., Nature 429, 737-739 Archivado el 15 de noviembre de 2006 en Wayback Machine ( teletransportación de qubit de átomo de barilio ). A pesar del creciente nivel de interés en los medios , estos experimentos difícilmente pueden llamarse un gran avance: más bien, es solo otro gran paso hacia la creación de computadoras cuánticas y la realización de la criptografía cuántica .
• En 2006, se llevó a cabo por primera vez la teletransportación entre objetos de diferente naturaleza: cuantos de radiación láser y átomos de cesio . El exitoso experimento fue llevado a cabo por un equipo de investigación del Instituto Niels Bohr en Copenhague . [cuatro]
• El 23 de enero de 2009, los científicos lograron por primera vez teletransportar el estado cuántico de un ion en un metro. [5] [6]
• El 10 de mayo de 2010, en un experimento realizado por físicos de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China y la Universidad de Tsinghua, el estado cuántico de un fotón se transmitió a lo largo de 16 kilómetros. [7] [8]
• En 2012, los físicos chinos lograron transmitir 1.100 fotones entrelazados a una distancia de 97 kilómetros en 4 horas. [9] [10]
• En septiembre de 2012, físicos de la Universidad de Viena y la Academia de Ciencias de Austria establecieron un nuevo récord en teletransportación cuántica: 143 kilómetros [11]
• En un artículo publicado el 21 de septiembre de 2014, un grupo de científicos anunció que lograron teletransportar cuánticamente un fotón en una fibra óptica a una distancia récord (para una fibra óptica): 25 kilómetros [12] [13] [14] [ 15] .
• En septiembre de 2015, científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE. UU. lograron teletransportar fotones a través de fibra a una distancia de más de 100 km. Durante el experimento, se utilizó un detector de fotón único con cables superconductores a base de siliciuro de molibdeno a una temperatura cercana al cero absoluto [16] .
• En junio de 2017, científicos chinos llevaron a cabo una teletransportación cuántica a una distancia de más de 1200 kilómetros [17] [18] .
• En 2020, un equipo de científicos de la Universidad de Chicago pudo probar la posibilidad de transmisión instantánea de un estado cuántico a largas distancias. Los investigadores pudieron transmitir un estado cuántico a lo largo de 44 km con más del 90 % de precisión a través de redes de fibra óptica similares a las que forman la base de Internet existente [19] .

Véase también

• computadora cuántica
• información cuántica
• algoritmo cuántico
• criptografía cuántica
• Teorema de no clonación
• Ansible
• Mo Tzu (satélite)
• Protocolo de Bennett-Brassard-Crepeaux-Jozhes-Perez-Wutters

Notas

1. ↑ Bennett C., Bennett C. H. , Brassard G. , Crépeau C. , Jozsa R. , Peres A. , Wootters W. Teletransportación de un estado cuántico desconocido a través de canales duales clásicos y de Einstein-Podolsky-Rosen  // Phys . Rvdo. Letón. - [Woodbury, NY, etc.] : Sociedad Americana de Física , 1993. - Vol. 70, edición. 13.- Pág. 1895-1899. — ISSN 0031-9007 ; 1079-7114 ; 1092-0145 - doi:10.1103/PHYSREVLETT.70.1895 - PMID:10053414
2. ↑ Naturaleza 390 . Consultado el 11 de agosto de 2009. Archivado desde el original el 29 de octubre de 2009. (indefinido)
3. ↑ Phys. Rev. Lett. 80, 1121-1125 (1998) ( arXiv : quant-ph/9710013 )
4. ↑ Primera teletransportación cuántica entre la luz y la materia  (  5 de octubre de 2006). Archivado desde el original el 5 de junio de 2011.
5. ↑ Los físicos teletransportan iones por metro por primera vez. Lenta.ru  (inglés)  (26 de enero de 2009). Archivado desde el original el 31 de enero de 2009. Consultado el 1 de junio de 2009.
6. ↑ comunicado de prensa en el sitio web del Joint Quantum Institute  (ing.)  (23 de enero de 2009). Archivado desde el original el 20 de marzo de 2009. Consultado el 1 de junio de 2009.
7. ↑ Se llevó a cabo una teletransportación cuántica de 16 kilómetros. Compulenta.ru  (ruso)  (20 de mayo de 2010). Archivado desde el original el 13 de enero de 2012. Consultado el 21 de mayo de 2010.
8. ↑ Teletransportación cuántica experimental en el espacio libre  ( 16 de mayo de 2010). Archivado desde el original el 22 de agosto de 2011.
9. ↑ Fotones teletransportados a una distancia récord Lenta.ru  (ruso)  (12 de mayo de 2012). Archivado desde el original el 14 de mayo de 2012. Consultado el 14 de mayo de 2012. ( arXiv : quant-ph/1205.2024 )
10. ↑ Juan Yin et al. Teletransportación cuántica y distribución de enredos en canales de espacio libre de 100 kilómetros   // Naturaleza . - 2012. - vol. 488.-Pág. 185-188. -doi : 10.1038/ naturaleza11332 .
11. ↑ Nuevo récord de teletransportación cuántica - 143 kilómetros cybersecurity.ru  (ruso)  (12 de agosto de 2012). Archivado desde el original el 7 de septiembre de 2012. Consultado el 6 de septiembre de 2012.
12. ↑ Teletransportación cuántica de un fotón de longitud de onda de telecomunicaciones a una  memoria cuántica de estado sólido . Nature Photonics (21 de septiembre de 2014).
13. ↑ Teletransportación cuántica de un fotón de longitud de onda de telecomunicaciones a una  memoria cuántica de estado sólido . Consultado el 18 de noviembre de 2016. Archivado desde el original el 18 de noviembre de 2016.
14. ↑ Teletransportación cuántica de mayor distancia lograda  (  21 de septiembre de 2016). Archivado desde el original el 13 de enero de 2017. Consultado el 18 de noviembre de 2016.
15. ↑ Los científicos han logrado la teletransportación cuántica a una distancia de 25 km  (ruso) , Naked Science (22 de septiembre de 2014). Archivado desde el original el 19 de noviembre de 2016. Consultado el 18 de noviembre de 2016.
16. ↑ Los científicos han teletransportado fotones a más de 100 km - IA REGNUM . Consultado el 24 de septiembre de 2015. Archivado desde el original el 25 de septiembre de 2015. (indefinido)
17. ↑ Enredo de fotones basado en satélite distribuido en 1.200  kilómetros . Alerta Eurek!. Consultado el 18 de junio de 2017. Archivado desde el original el 28 de junio de 2017.
18. ↑ En China, la teletransportación cuántica se llevó a cabo a una distancia de 1200 kilómetros . Archivado desde el original el 10 de diciembre de 2019. Consultado el 18 de junio de 2017.
19. ↑ Teletransportación cuántica de 44 km lograda en EE . UU . Archivado desde el original el 4 de enero de 2021. Consultado el 4 de enero de 2021.

Literatura

• Teletransportación: Salto a lo Imposible / David Darling. - Moscú: Eksmo, 2008. - 300 p. — (Descubrimientos que estremecieron al mundo). - 3100 copias.  - ISBN 978-5-699-23980-1 .
• Baumester D., Eckert A., Zeilinger A. Física de la información cuántica. M.: Postmarket, 2002. 376 p. Capítulo 3
• Kaye F., Laflame R., Mosca M. Introducción a la computación cuántica. - Izhevsk: RHD, 2009. - 360 p.
• Kilin S. Ya. Quanta e información / Progreso en óptica. - 2001. - vol. 42.- Pág. 1-90.
• Kilin S. Ya. Información cuántica / Uspekhi Physical Nauk. - 1999. - T. 169. - C. 507-527. [1] Archivado el 20 de julio de 2018 en Wayback Machine .
• Belokurov VV, Timofeevskaya OD, Khrustalev OA La teletransportación cuántica es un milagro ordinario. Moscú, Izhevsk: Editorial: Dinámica regular y caótica, 2000. 172 p. http://books.prometey.org/download/14171.html http://quantumtheory.ru/read/ru/5C83EBAA0666885492E275916BE83723CCFFEE2D/

Enlaces

• Mensky M. B. Mecánica cuántica: nuevos experimentos, nuevas aplicaciones y nuevas formulaciones de viejas preguntas
• Conferencias sobre computación cuántica (introducción, codificación superdensa, teletransportación cuántica, algoritmos de Simon y Shor) como parte del curso " Problemas modernos de la informática teórica . Archivado el 15 de octubre de 2008 en Wayback Machine ".
• La teletransportación cuántica a una distancia de un metro ha sido confirmada experimentalmente. Copia archivada el 27 de enero de 2009 en Wayback Machine .
• La teletransportación cuántica ha movido fotones a una distancia récord . Archivado el 13 de abril de 2021 en Wayback Machine .
• Los científicos explicaron qué tipo de teletransportación se está implementando en Rusia Copia de archivo del 23 de junio de 2016 en Wayback Machine
• El físico Alexander Oshchepkov sobre el desarrollo de tecnologías de teletransportación para 2035

En catálogos bibliográficos	BNF : 135068541 TIERRA : 4523321-4 J9U : 987007549397105171 LCCN : sh2005003424 SUDOC : 050219189

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