Contaba en 2005 el obituario del físico Asher Peres en la revista Physics Today que, cuando un periodista le preguntó si el teletransporte cuántico podría transportar el alma además del cuerpo de una persona, el científico respondió: “no, el cuerpo no, solo el alma”. Más que un simple chascarrillo, la respuesta de Peres ofrece una perfecta explicación, en clave de metáfora, de la realidad sobre un proceso que hemos visto retratado infinidad de veces en la ciencia ficción. De hecho, el teletransporte existe, si bien en el mundo real es bastante diferente al célebre “¡Súbeme, Scotty!” que se asocia a la serie Star Trek.

El teletransporte en la ciencia real comenzó a tomar forma en 1993 gracias a un estudio teórico publicado por Peres y otros cinco investigadores en Physical Review Letters, que sentaba las bases del teletransporte cuántico. Al parecer, fue idea del coautor Charles Bennett asociar el fenómeno propuesto a la idea popular del teletransporte, pero hay una diferencia esencial entre ficción y realidad: en esta última no viaja la materia, sino la información que transfiere propiedades de la materia de origen a la de destino.

El teletransporte cuántico se fundamenta en una hipótesis descrita en 1935 por el físico Albert Einstein y sus colegas Boris Podolsky y Nathan Rosen, y que se conoce como paradoja EPR. Como consecuencia de las leyes de la física cuántica, era posible obtener dos partículas y separarlas en el espacio de modo que siguieran compartiendo sus propiedades, como dos mitades de un todo. Así, la acción sobre una de ellas (en A, o Alice, según la nomenclatura utilizada) influiría instantáneamente en la otra (en B, o Bob). Esta “truculenta acción a distancia”, en palabras de Einstein, parecería capaz de violar el límite de la velocidad de la luz.

La teoría de este fenómeno, llamado entrelazamiento cuántico, fue después desarrollada en 1964 por John Stewart Bell, y ha sido corroborada por numerosos experimentos. El trabajo de Peres, Bennett y sus colaboradores proponía que una tercera partícula podía interaccionar con la de Alice y perder un estado cuántico —el valor de alguna de sus propiedades físicas— para transferírselo a la de Bob, de modo que esta adquiriera dicho estado. Sin una transferencia de materia, la partícula de Bob quedaría convertida en una copia de la partícula interactuante de Alice, sin que jamás hubiera existido contacto físico entre ellas.

Qubits teletransportados

Desde 1998, diversos experimentos han logrado este teletransporte cuántico, inicialmente utilizando fotones individuales, después átomos y sistemas más complejos. En un primer momento se demostró el fenómeno a una distancia corta, que fue aumentando en estudios posteriores a cientos de metros y kilómetros. El récord actual lo ostenta el teletransporte de fotones a 1.400 kilómetros de distancia desde la Tierra hasta el satélite Micius, en la órbita terrestre; un logro conseguido en 2017 por el equipo que dirige Jian-Wei Pan en la Universidad de Ciencia y Tecnología de China en Hefei (UCTC).

En estos experimentos, lo que se transmite es información codificada en bits. En el sentido clásico, un bit es una unidad básica de información binaria que toma el valor de 0 o 1. En su aplicación a los estados cuánticos, un bit puede contener información sobre, por ejemplo, el espín de una partícula (una especie de rotación). Pero en la versión cuántica del bit, el qubit, su valor puede ser a la vez 0 y 1 u otro valor, como por ejemplo 2, ya que la mecánica cuántica permite una superposición de estados. Es por esto que la computación cuántica se contempla como una tecnología más potente que la tradicional, ya que su capacidad de almacenar y procesar información es mucho mayor.

Sin embargo, es esencial subrayar que el teletransporte cuántico no sirve para transmitir datos de forma instantánea, o a velocidades superiores a la de la luz. El motivo es que Bob necesita obtener información adicional de las mediciones realizadas por Alice que no se transmite a través del sistema de partículas entrelazadas, y que por lo tanto debe enviarse por otro canal; por cada qubit teletransportado deben transmitirse dos bits clásicos, y esto únicamente puede hacerse por vías tradicionales que, como máximo, solo alcanzan la velocidad de la luz.

Una futura red cuántica

Pero a pesar de esta limitación, las posibilidades del teletransporte cuántico son prometedoras a medida que se van conquistando nuevos hitos. Este año, dos equipos de investigadores han reportado por primera vez la transmisión de qutrits, o unidades de información tridimensionales (que pueden tomar tres valores, 0, 1 y 2). “Ambos estudios han demostrado el teletransporte de qutrits. La diferencia principal es el método utilizado”, señala a OpenMind el físico de la UCTC Bi-Heng Liu, coautor de uno de los estudios, aún no publicado.

Sin embargo, por el momento aún existe cierta controversia entre ambos equipos. Según cuenta a OpenMind el físico Chao-Yang Lu, también de la UCTC y coautor del otro estudio, publicado en Physical Review Letters, en el trabajo de sus colegas “la naturaleza cuántica del teletransporte no se ha demostrado”. El coautor del mismo estudio Manuel Erhard, de la Universidad de Viena, opina también que en el experimento de Liu “las mediciones y resultados no bastan para asegurar un teletransporte cuántico tridimensional y universal genuino”. Por su parte, Liu defiende sus resultados: “Hemos hecho la simulación numérica y confirmado el teletransporte de qutrits”.

La polémica se extiende también a las posibilidades de escalar el sistema a un mayor número de dimensiones. Según Liu, “ambos esquemas son escalables”. Por su parte, Erhard sostiene que su propio sistema puede ampliarse fácilmente a cualquier dimensión: “Es una cuestión de desarrollo tecnológico aumentar más la dimensionalidad”, dice. Por el contrario, no está seguro de que también pueda hacerlo el de sus colegas.

Pero ¿cuál es el objeto de desarrollar estos experimentos hacia un mayor número de dimensiones? “Una posible aplicación del teletransporte cuántico a mayores dimensiones consiste en las redes cuánticas”, explica Erhard a OpenMind. “Así, nosotros imaginamos una futura red cuántica basada en alfabetos de mayores dimensiones. Esto ofrece las ventajas de aumentar la capacidad de información y una mayor resistencia al ruido, por ejemplo”.

Por lo tanto, pasar del qubit al qutrit, de este al ququart y así sucesivamente, está hoy sentando las bases de las futuras redes de computación cuántica. Lu vaticina que su sistema logrará la llamada supremacía cuántica, la capacidad de resolver problemas inasequibles para la computación clásica: “Estamos implementando experimentos de computación cuántica multifotón y multidimensionales llamados de sampleado bosónico, y en un futuro próximo esperamos controlar de 30 a 50 fotones para alcanzar la supremacía cuántica”.

Fuente: bbvaopenmind.com