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Teletransportarse hacia un quantum Internet


Esta imagen muestra cristales usados para almacenar fotones enredados, que se comportan como si fueran parte del mismo conjunto. Los científicos utilizan cristales como estos en los experimentos de teleportación cuántica. Crédito de la imagen: Félix Bussières y la Universidad de Ginebra.

Datos importantes:
La teleportación cuántica, un fenómeno en la física cuántica, puede utilizarse para cifrar datos.
Nuevo estudio pruebas de teleportación cuántica en una fibra red por primera vez.
En el futuro, La teleportación cuántica podría ser desarrollada en infraestructura - creación de un "quantum Internet."

La física cuántica es un campo que parece dar a los científicos superpotencias. Aquellos que entienden el mundo de partículas extremadamente pequeñas o frías pueden realizar hazañas increíbles con ellos--incluyendo la teleportación--que parecen doblar la realidad.
La ciencia detrás de estas hazañas es complicada y hasta hace poco, no existía fuera de los contextos de laboratorio. Pero eso está cambiando: los investigadores han comenzado a aplicar la teleportación cuántica en contextos reales. Ser capaces de hacer así que podría revolucionar el moderno teléfono y comunicaciones por Internet, a muy seguro, cifrado de mensajería.

Un artículo se había publicado en "Nature fotónica" y había co-escrito por ingenieros en los datos de NASA Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, California, los primeros experimentos con la teleportación cuántica en una red de cable de fibra metropolitana. Por primera vez, el fenómeno ha sido presenciado a largas distancias en la infraestructura de ciudad real. En Canadá, investigadores de la Universidad de Calgary han transportado el estado cuántico de un fotón de más de 3.7 millas (6 kilómetros) en los cables (sin usar) "oscuros" en la ciudad de Calgary. Es un nuevo récord para la distancia más larga de la teleportación cuántica en una red metropolitana actual..

Mientras que largas distancias se habían registrados en el pasado, ésos se realizaron en laboratorio, donde fueron despedidos los fotones a través de bobinas de cable para simular la pérdida de señal causada por largas distancias. Esta última serie de experimentos en Calgary probaron la teleportación cuántica en infraestructura actual, que representa un importante paso adelante para la tecnología.

"Demostrando los efectos cuánticos como teletransporte fuera de un entorno de laboratorio consiste en un nuevo conjunto de desafíos. Este experimento muestra cómo estos retos todos superar y por lo tanto, marca un hito importante hacia el futuro cuántico de Internet,"dijo Francesco Marsili, uno de los coautores del JPL. "Comunicación cuántica abre algunas de las propiedades únicas de la mecánica cuántica que, por ejemplo, intercambio de información con máxima seguridad o enlace quantum juntos equipos".

Sensores del fotón para el experimento fueron desarrollados por Marsili y Matt Shaw de laboratorio de microdispositivos de JPL, junto con sus colegas en el Instituto Nacional de estándares y tecnología, Boulder, Colorado. Su experiencia fue crucial para los experimentos: red de cuántica se hace con fotones y requiere algunos de los sensores más sensibles en el mundo con el fin de saber exactamente lo que está sucediendo a la partícula.

"Superconductores detector plataforma, que ha sido pionero por investigadores del JPL y NIST, hace posible detectar fotones individuales en longitudes de onda de las telecomunicaciones con eficiencia casi perfecta y casi sin ruido. Esto simplemente no era posible con anteriores tipos de detector y experimentos así como el nuestro, utilizando la infraestructura de fibra existente, habría sido cerca de imposible sin detectores de JPL, "dijo Daniel Oblak del Instituto de la Universidad de Calgary para la cuántica ciencia y tecnología.

Mensajes de correo electrónico más seguras usando la física cuántica

Reducir hasta el nivel de un fotón, y física comienza a jugar con reglas extrañas. Los científicos que entienden esas reglas pueden "enredar" dos partículas para que sus propiedades están vinculadas. Enredo es un concepto alucinante en el que partículas con diferentes características, o Estados, pueden ser Unidas a través del espacio. Que significa estado de lo que afecta a una de las partículas afectarán a la otra, incluso si están situados millas aparte de uno otro.

Esto es donde entra la teleportación. Imagina que tienes dos enredado de partículas--llamémosles fotón 1 y 2 del fotón--y 2 fotones se envía a una ubicación distante. Allí, cumple con 3 de fotones, y los dos interactúan entre . Estado del fotón de 3 puede transferirse a 2 fotones y automáticamente "teletransportado" al gemelo enredado, fotón 1. Este traslado incorpóreo pasa a pesar del hecho que fotones 1 y 3 nunca interactúan.

Esta propiedad puede utilizarse para intercambio seguro de mensajes secretos. Si dos personas comparten un par de fotones enredados, la información cuántica puede transmitirse de manera incorpórea, dejando interceptarlos con nada a la intercepción y así no se puede leer el mensaje secreto.

Medio de teletransporte va a la distancia

Este sistema de comunicaciones altamente seguras está siendo probada en varios campos, dijo Marsili, incluyendo las industrias financieras y agencias como la NASA que quieren proteger sus señales de datos del espacio. Los detectores de fotones individuales superconductores desarrollados por Marsili, Shaw y sus colegas NIST son una herramienta clave en ello, porque enviar fotones a larga distancia conducirá inevitablemente a la "pérdida" de la señal. Incluso cuando se utiliza un láser en el espacio, la luz se difunde sobre la distancia, debilitando el poder de la señal transmitida.

El siguiente paso es la construcción de repetidores que pueden teletransportar el estado de un fotón de un lugar a otro. Igual que los repetidores se utilizan para llevar otras señales de telecomunicaciones a larga distancia, podría utilizarse para teleport enredado de fotones. Detectores de fotones supersensible permitiría a los repetidores enviar fotones enredados en todo el país. Para comunicaciones relacionadas con el espacio, repetidores incluso sería necesarios; fotones eventualmente podían ser disparados al espacio usando láseres y Estados del fotón pueden ser transportado desde la Tierra.

Los repetidores no fueron utilizados en los experimentos de Calgary, que principalmente se pretende establecer cómo la teleportación cuántica se puede realizar fuera del laboratorio. Los investigadores usaron fibra oscura de la ciudad--un solo cable óptico con ningún equipo de electrónica o la red que fluye a través de ellos.

"Utilizando detectores superconductores avanzados, podemos usar los fotones individuales que van a comunicarse eficientemente clásicos e información cuántica desde el espacio a la Tierra,", dijo Shaw. "Estamos planeando usar versiones más avanzadas de estos detectores para las demostraciones de comunicación óptica de espacio profundo y de la teleportación cuántica de la estación espacial internacional".

El estudio fue financiado por Alberta Innova tecnología futuros; Nacional de ciencia e Ingeniería Research Council de Canadá; y la Defense Advanced Research Projects Agency. Parte de la investigación de detector se realizó bajo un contrato con la NASA en JPL. Caltech en Pasadena gestiona JPL para la NASA.

Andrew Good
Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, California.
818-393-2433

Traducción: El Quelonio Volador

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