Teletransportan por primera vez información entre dos átomos separados

La teleportación es, probablemente, el método de transporte más misterioso y desconocido de cuantos utiliza la naturaleza. Se sabe, por ejemplo, que en el mundo subatómico mucha información importante (como el spin de una partícula o la polarización de un fotón) es capaz de viajar de un lugar a otro… sin utilizar para ello ningún medio físico. El proceso, aunque no completamente comprendido, ha podido sin embargo ser parcialmente reproducido con anterioridad en distintos laboratorios. Entre ellos el dirigido por el español Ignacio Cirac en el Instituto Max Planck , en Alemania.

Se ha conseguido, por ejemplo, reproducir las características de un fotón en otro situado a distancias de kilómetros, o "transferir" datos de un átomo a otro utilizando para ello la ayuda de un tercero. Pero nunca hasta ahora se había llegado hasta lo que han sido capaces de realizar científicos de las universidades de Maryland y Michigan: teletransportar directamente y sin intermediarios el estado cuántico completo de un átomo a otro. Una capacidad que, hasta hoy, es el principal obstáculo para el desarrollo de ordenadores cuánticos. Máquinas destinadas a ser, en unos años, miles de veces más potentes que cualquiera de las que existen en la actualidad. Christopher Monroe, que ha dirigido los experimentos, asegura que la información teletransportada durante sus experimentos fue absolutamente exacta en el 90 por ciento de las ocasiones.El hito se publica en la edición de esta semana de la revista Science .

Un imposible hecho realidad

Hace apenas una década, la sola idea de teleportar cualquier cosa, incluso la más pequeña, parecía una locura. Hasta que el concepto cobró una fuerza inesperada en el mundo subatómico, miles de veces menor que el átomo, donde las leyes de la física, nuestras leyes, dejan de tener sentido y ceden su lugar a las de la mecánica cuántica. Allí, en el entorno cuántico, la materia y la energía se confunden, las certezas se sustituyen por probabilidades y las partículas se crean y se destruyen en una maraña de eventos que suceden en milmillonésimas de segundo.

Parece mentira que nuestra realidad cotidiana, el universo que nos rodea, hunda sus raíces en este mundo de locos donde todo parece ser posible. Todo, incluso la teleportación. En el nivel cuántico, teleportación significa ser capaces de transferir, de un lugar a otro, las propiedades y características más íntimas de un objeto, es decir, de una partícula. El conjunto de estas propiedades se conoce como «estado cuántico» y engloba toda la información necesaria para que una partícula sea y se comporte como tal. Las primeras demostraciones experimentales de que una hazaña así era posible llegaron a finales de los noventa, con la transferencia del estado cuántico de un rayo de luz a otro similar. Más tarde, se consiguió hacer lo propio con partículas más pesadas que los fotones (las partículas que transportan la luz) y se marcó otro hito al teletransportar las características de dos iones.

El propio Ignacio Cirac fue capaz de dar un paso más y logró transferir con éxito, en junio de 2006, las propiedades de un rayo luminoso a un conglomerado de cientos de átomos de cesio. Lo que ahora se publica en Science es un nuevo e importante avance en esta carrera. "Nuestro sistema –asegura Christopher Monroe- tiene el potencial necesario para ser la base de una vasta red de repetidores cuánticos capaces de interconectar memorias cuánticas a través de grandes distancias. Y aún más, nuestros métodos pueden ser utilizados para crear un componente clave e imprescindible para el desarrollo de la computación cuántica".

La teleportación funciona gracias a un fenómeno que sólo se produce a escala subatómica y que los físicos conocen como "entrelazamiento cuántico". Una vez que dos partículas están entrelazadas, ambas parecen ser capaces de una extraordinaria forma de comunicación, de forma que lo que le sucede a una es inmediatamente "conocido" por la otra, sin importar la distancia que les separe. De esta forma, los cambios que, por ejemplo, realice un equipo científico sobre una partícula en un laboratorio pueden ser medidos, de forma inmediata, por un segundo equipo que trabaje con la "pareja" de la primera partícula en otro laboratorio distante.

Para realizar su experimento, Monroe y su equipo utilizaron dos iones de iterbio entrelazados, cada uno en una cápsula de vacío y a un metro de distancia, de forma que las condiciones a que fuera sometido uno de ellos pudieran ser comunicadas instantáneamente al otro. Los científicos identificaron después dos estados diferentes (alta o baja energía), dos "bits" diferenciables y que permitieran distinguir entre la situación en que se encontraban ambos átomos.

En la electrónica convencional, la que hace funcionar nuestras computadoras, los "bits" están siempre en uno o en otro estado (encendido o apagado, "0" o "1", etc). Pero los bits cuánticos, llamados "qubits", no funcionan de la misma manera. De hecho, pueden estar en "estados intermedios", en una especie de "superposición" de ambos estados que se mantiene hasta que alguien realiza una observación. Es como si una moneda mostrara su cara y su cruz al mismo tiempo, y se "decidiera" después por uno de los dos estados (cara o cruz) cada vez que alguien realiza una observación. Es precisamente esta capacidad de superposición de estados lo que confiere a la computación cuántica su extraordinario potencial.

Cambiando a voluntad las condiciones de ambas cápsulas, los investigadores pudieron determinar que, en efecto, lo que le ocurriera al átomo "A" podía ser medido en el átomo "B", a pesar de que las condiciones de su cápsula fueran diferentes. Las mediciones se realizaron sobre el único fotón que emite cada ion al ser obligado a pasar de uno a otro estado por medio de un rayo láser. Los científicos lograron inducir los cambios a su antojo, de forma que la información se transmitiera de forma controlada entre ambos átomos. Y esa es precisamente la clave del funcionamiento de las futuras redes de comunicaciones basadas en las propiedades cuánticas.

La teleportación cuántica, según Monroe, sentará las bases de un nuevo tipo ordenadores, de un nuevo sistema de telecomunicaciones más rápidas y seguras y, por qué no, también de "un nuevo Internet que funcionará mucho mejor de cualquier tipo de red concebida a la manera clasica".