El empleo de satélites capaces de enviar fotones entrelazados podría facilitar la creación de una futura red global de comunicaciones cuánticas. [3DSculptor/iStock]
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Fronteras de la física cuántica Oct/Dic 2016 Nº 86
Panorama contemporáneo de una teoría fundamentalLa mecánica cuántica nació hace 90 años para explicar las propiedades de los átomos y la luz. Hoy, sin embargo, la teoría es vista a menudo como un formalismo estrechamente ligado a un concepto mucho más abstracto y universal: el de información. Desde finales del siglo pasado, ese enfoque ha dado lugar a una avalancha de publicaciones sobre los fundamentos de la teoría, sus posibilidades computacionales, su relación con el mundo macroscópico y su encaje con la gravedad. De la mano de 17 expertos, este monográfico te ofrece una pincelada única del estado actual de estas líneas de investigación y te brinda un prisma moderno para entender una de las teorías físicas más profundas y fascinantes de todos los tiempos.
Un equipo de investigadores liderados por Jian-Wei Pan, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, ha logrado generar pares de partículas entrelazadas y enviar cada una de ellas a laboratorios separados 1203 kilómetros. El resultado supera en un factor diez los récords de distancia previos y reviste gran importancia tecnológica, ya que deja un paso más cerca la posibilidad de construir una futura red de comunicaciones cuánticas a escala global. Los detalles del trabajo se publican en Science.
El entrelazamiento cuántico, una propiedad analizada por primera vez por Albert Einstein, Boris Podolsky y Nathan Rosen en 1935, establece que, bajo ciertas condiciones, los resultados de las medidas efectuadas sobre dos partículas permanecerán siempre fuertemente correlacionados, con independencia de cuán lejos se encuentren las partículas entre sí. Considerado por muchos como el fenómeno menos intuitivo de la mecánica cuántica, el entrelazamiento ha permitido en las últimas décadas concebir protocolos de comunicación completamente nuevos, como la criptografía o el teletransporte cuánticos. Para llevarlos a cabo, un primer paso consiste en generar un par de partículas entrelazadas y enviar una de ellas al emisor y otra al receptor del mensaje.
En el pasado, la distribución de partículas entrelazadas se había efectuado mediante cables de fibra óptica o a través de la atmósfera terrestre, canales sujetos a fuertes pérdidas de señal. Debido a esa dificultad (y al hecho de que una señal formada por partículas entrelazadas no puede amplificarse, ya que las leyes cuánticas lo prohíben), las marcas previas de distancia apenas superaban los 100 kilómetros.
El hito referido ahora ha sido posible gracias a una estrategia completamente nueva: generar los fotones entrelazados en un satélite en órbita y enviarlos desde allí a las respectivas estaciones de detección. Desde el espacio, los fotones viajan prácticamente en el vacío hasta que entran en la atmósfera, por lo que la señal solo se degrada en los últimos 10 kilómetros del recorrido.
Para llevar a cabo esta prueba de concepto, el equipo de Pan se valió del satélite Micius, lanzado por China en agosto de 2016. El aparato, que orbita a una altitud de unos 500 kilómetros, se encuentra equipado con un sistema de puntería de enorme precisión, entre otras innovaciones tecológicas. Cabe señalar que la separación de 1203 kilómetros hace referencia a la distancia entre las estaciones de llegada según se mediría a lo largo de la superficie terrestre. Sin embargo, el recorrido total de los fotones ha sido aún mayor, puesto que el satélite orbitaba a entre 500 y 2000 kilómetros de cada uno de los laboratorios.
A su llegada, los fotones fueron sometidos a un test de Bell, la prueba empírica que en estos casos permite certificar el entrelazamiento de las partículas. El resultado «confirma una vez más la cualidad no local del entrelazamiento y excluye los modelos de la realidad basados en las nociones de localidad y de realismo, a una distancia, previamente inalcanzada, de miles de kilómetros» explican los autores en su artículo.
Este nuevo éxito en el campo de las comunicaciones cuánticas se suma a otros logrados en los últimos años por el mismo grupo de investigadores chinos. En 2016, el equipo de Pan consiguió llevar a cabo un experimento de teletransporte cuántico a través de varios kilómetros de fibra óptica comercial y, hace poco, el grupo refirió el primer experimento de comunicación cuántica contrafáctica, la transmisión de un mensaje sin el envío de partículas físicas.
—Ernesto Lozano Tellechea
Artículo científico: «Satellite-based entanglement distribution over 1200 kilometers». Juan Yin et al. en Science, 356, 1140-1144, 16 de junio de 2017.
Más información en Science News y Universidad de Ciencia y Tecnología de China.
