En los últimos años, los físicos elaboraron varias maneras de usar las rarezas de la mecánica cuántica para transmitir y procesar información.

Ahora un equipo de investigadores anunció un paso importante hacia el uso de esta información cuántica: la transferencia espectral del estado cuántico de un solo ión a otro a un metro de distancia. Como los iones pueden retener el estado cuántico durante muchos segundos, este esquema de tele transportación cuántica podría ahorrar suficiente tiempo como para realizar manipulaciones que permitan comunicaciones a larga distancia que sean inmunes a terceros indeseados o para cómputos que aprovechan la mecánica cuántica para realizar cálculos increíblemente rápidos.

Para transferir un poco de información cuántica de un sistema de tamaño atómico a otro, los dos deben comenzar en una condición cuántica llamada enredo. Los sistemas enredados siempre dan las respuestas correspondientes, como dos monedas que, aunque sean individualmente impredecibles, siempre salen una en cara y otra en cruz. Los físicos han tele transportado el estado entre fotones de luz enredados, pero desafortunadamente, no pueden almacenar la información cuántica durante mucho tiempo. Recientemente, otros investigadores tele transportaron el estado cuántico más largo de iones individuales, pero sólo cuando estaban atrapados muy juntos.

Para transferir información cuántica persistente a través de distancias grandes, Chris Monroe y su grupo en la University of Maryland se unieron a Luming Duan en la University of Michigan para atrapar y enfriar dos iones individuales de itérbio. El equipo codificó información mezclando dos estados que difieren sólo en el momento angular del núcleo. A diferencia del valor “0” o “1” del bit en la informática común, los investigadores pueden crear una mezcla arbitraria de dos estados nucleares conocido como qubit, al someter a los iones a microondas. Una vez que se forma, el ión retiene la mezcla por varios segundos, lo suficiente como para realizar cálculos que actúan sobre los dos valores simultáneamente.

Extendiendo una técnica que el equipo de Monroe demostró en 2007, los investigadores expusieron ambos iones a un pulso de luz ultracorto “golpeándolos” para que logren un estado de energía más alto. Cada ión volvía luego a su estado original al emitir un fotón. Al medir la luz de este fotón, deberíamos ver que el ión quedó en uno de dos estados nucleares. Pero en vez de eso, los investigadores sólo probaron si los dos fotones tenían colores distintos. Como no determinaron qué color vino de qué ión, ver este resultado dejaba a los iones en un estado enredado que incluía ambas posibilidades.

Para realizar la tele transportación, los investigadores prepararon el ión del lado izquierdo en un estado cuántico arbitrario, y luego disparaban a los iones repetidamente con pulsos de láser hasta que veían pares de fotones de colores opuestos que señalaban el estado de enredo. Rápidamente medían en cuál estado nuclear estaba el ión del lazo izquierdo, en el proceso de destruir su mezcla cuántica. Pero el enredo causa que aparezca una mezcla muy parecida en el ión del lado derecho. Los investigadores transformaban esto nuevamente en una versión tele transportada del estado original al manipularlo de una de dos maneras, dependiendo del estado que midieron en el ión del lado izquierdo.

“Esta es la primera vez que comprendo tele transportación cuántica entre dos átomos remotos. Es una técnica realmente ingeniosa”, observa Myungshik Kim de la Queen’s University Belfast, en Irlanda del Norte

Un problema es que se necesitan casi 100 millones de pulsos de láser, alrededor de 10 minutos, para obtener tan sólo un par enredado. Para que sea útil para experimentos futuros, la cifra tiene que mejorarse unas 1000 veces, sobre todo recolectando más de los fotones emitidos. El esquema para tele transportación entre iones distantes podría posibilitar repetidores cuánticos que permitan transmisiones a larga distancia de información cuántica, hace notar Monroe. Dice, además, que es ideal para un método cada vez más estudiado de informática cuántica que comienza con una gran cantidad de qubits enredados.