Investigadores de la NASA han logrado teletransportar información sobre el estado cuántico de un fotón, una partícula de luz, a 25 kilómetros de fibra óptica hasta un 'banco de memoria' en cristal.
El récord anterior en la fibra óptica era de 6 kilómetros. Este fenómeno complejo de teleportación cuántica podría tener implicaciones para la criptografía, que consiste en la transmisión de información de forma segura, incluidas las comunicaciones entre la Tierra y las naves espaciales.
"Podemos imprimir el estado de un sistema en otro sistema, incluso cuando los dos están muy separados," dijo Francesco Marsili, ingeniero de microdispositivos del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA en Pasadena. "El uso de este efecto en las comunicaciones podría ayudar a la construcción de una red de comunicaciones espaciales intrínsecamente segura, es decir, canales de comunicación que no puede ser hackeados."
Marsili y sus colegas del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), desarrollan dispositivos que pueden detectar las partículas individuales de luz, llamados fotones desarrollados.
"Es difícil de detectar un único fotón, por lo que se necesita para hacer un detector sensible", dijo. "Aquí en el JPL, en colaboración con el NIST, hemos desarrollado el detector más sensible en el mundo."
¿Cómo funciona la teleportación cuántica?
Es complicado, pero una analogía para el principio en que se sustenta puede ayudar: Digamos que hay dos personas, Alice y Bob. Alice quiere que Bob tenga un fotón que esté en el mismo "estado" que su fotón, que llamaremos fotón P.
En aras de esta analogía, vamos a pretender que el "estado" es un color, y el fotón P es amarillo. Una tercera persona llamada Charlie envía dos fotones entrelazados, fotón A a Alice y fotón B a Bob, que se comportan como si fueran parte de un mismo todo. Ambos de estos fotones se muestran en azul.
"En un sistema enredado, cada parte está conectada entre sí de una manera fundamental, de manera que cualquier acción realizada en una parte del sistema enredado tiene un efecto en todo el sistema enredado", dijo Marsili.
Los dos fotones de Alice, P, que es de color amarillo, y A, que es de color azul, "chocan". Alice mide los fotones como se aniquilan entre sí. Aunque P y A son destruidos en el accidente, se conserva el color amarillo de P. Debido a que los fotones A y B de fotones están entrelazados, el color amarillo es "teletransportado" a B.
Pero con el fin de hacer que el fotón B se convierta en amarillo, como el fotón P era originalmente, Alicia necesita enviar a Bob dos bits de información a B mediante la manera "clásica" - por ejemplo, mediante el envío de pulsos de luz a través de una fibra óptica.
"Cuando Alice mide el estado de su fotón, los fotones de Bob cambian de estado también, como si se activara un interruptor", dijo Marsili. "Pero Bob no puede saberlo a menos que Alice le envíe los bits de información clásica". Bob no sabe que su fotón ha cambiado a amarillo sin esa información adicional.
El teletransporte cuántico no significa que alguien puede saltar de Nueva York a San Francisco instantáneamente, pero parece ciencia ficción en el sentido de que el estado de una partícula (fotón P) se destruye en un solo lugar, pero se reproduce en otro sistema remoto (fotón B ) sin que las dos partículas hayan interactuado nunca.
Otra pieza fundamental de esta historia es que Bob tiene un cristal específico, que sirve como un banco de memoria, para almacenar su fotón entrelazado y servir como destinatario del estado cuántico.
Los investigadores llegaron a la distancia récord de 25 kilómetetros entre "Alice" y "Bob" gracias a los detectores ultrasensibles desarrollados por el JPL y el NIST. "Llegar a esta distancia no habría sido posible sin esos detectores", dijo Félix Bussières en la Universidad de Ginebra, autor principal del estudio.
El teletransporte cuántico se puede utilizar para hacer que sistemas como cuentas bancarias sean más seguras a través de distancias más largas. Esto también es importante para la prevención de los ataques a los canales de comunicación en el espacio.
"Si te estás comunicando con sus astronautas en Marte, debes impedir que los hackers rompan el canal codificado y les den información falsa", dijo Marsili.
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