Francis en #rosavientos: Récord de distancia en el teletransporte cuántico guiado

Dibujo20150927  Quantum-Teleportation-World-Record - scitechdaily com

Ya está disponible el audio del podcast de Eureka, mi sección en La Rosa de los Vientos de Onda Cero. Como siempre, una transcripción, unos enlaces y algunas imágenes.

Se han superado los 100 kilómetros de distancia (cuatro veces más que el récord anterior) en el teletransporte cuántico por fibra óptica (por aire libre el récord es de 143 km y se obtuvo en las Islas Canarias). El protocolo cuántico de teletransporte de información es complicado y delicado, por ello lograr grandes distancias es muy difícil. En el NIST (National Institute of Standards and Technology) en EEUU ha usado fibra óptica para para transferir información cuántica codificada en partículas de luz (fotones individuales). En concreto, se transfirió la información cuántica de un solo fotón a otro fotón separado por más de 102 kilómetros de fibra óptica en un laboratorio NIST en Colorado. Por supuesto, este experimento no debe confundirse con la teletransportación de personas al estilo Star Trek. Su uso será la futura internet cuántica que comunicará información cuántica por todo el planeta. Además, el español Mateo Valero ha ganado el “Nobel” de la supercomputación, el Premio Cray otorgado por la IEEE Computer Society de EEUU. Mateo Valero es catedrático de la Universidad Politécnica de Cataluña y dirige el Centro Nacional de Supercomputación (Barcelona Supercomputing Center) donde se encuentra el mayor supercomputador de España (y uno de los mayores de Europa).

El artículo es Hiroki Takesue et al., “Quantum teleportation over 100  km of fiber using highly efficient superconducting nanowire single-photon detectors,” Optica 02: 832-835 (2015), doi: 10.1364/OPTICA.2.000832; también recomiendo el resumen en H. Takesue et al., “Quantum teleportation over 100 km of fiber using MoSi superconducting nanowire single-photon detectors,” IEEE Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO 2015), 10-15 May 2015, INSPEC Accession Number.

En español recomiendo “Nuevo récord mundial: teletransporte cuántico a través de 143 kilómetros,” ABC, Europa Press, 06 Sep 2012; Matías S. Zavia, “Consiguen teletransportar información cuántica a una distancia récord: 102 kilómetros,” Gizmodo, 23 Sep 2015.

También comento la noticia “Mateo Valero, primer europeo que recibe el premio Seymour Cray,” BSC News, 23 Sep 2015; “Mateo Valero, primer europeo en ganar el mayor premio de supercomputación,” El Mundo, 23 Sep 2015.

Dibujo20150927  Experimental setup - hong-our-mandel hom - nist - osa

Esta semana se ha logrado un nuevo récord de distancia en el teletransporte cuántico de información. ¿Exactamente qué es lo que se ha logrado? Los ordenadores para manejar información tienen que copiarla, de unos lugares otros. La física cuántica prohíbe la copia de información en el sentido clásico del término. No podemos tener dos copias gemelas, dos clones, de la misma información cuántica. El estado de un sistema cuántico es único a dicho sistema y no se puede copiar sin destruir el estado de dicho sistema. El llamado teorema de no clonación se puede evitar usando un protocolo cuántico que recibe el nombre de teletransporte cuántico. Este protocolo es la única manera de copiar información cuántica de un lugar a otro, por lo que el teletransporte cuántico tiene gran número de aplicaciones potenciales en el procesamiento cuántico de la información, la futura internet cuántica y los futuros ordenadores cuánticos. El récord de distancia en el teletransporte cuántico es de 143 kilómetros y se obtuvo al aire libre en las Islas Canarias, entre la Estación Óptica Terrestre de La Palma y el observatorio de la Agencia Espacial Europea en Tenerife. En dicho récord se teletransportó el estado cuántico de un fotón a una distancia de 143 kilómetros en el aire libre. Este logro de la Agencia Espacial Europea (ESA) tenía el problema de que las condiciones atmosféricas introducen gran número de errores lo que hace que sea un récord de poco interés práctico. En la mayoría de las aplicaciones es mucho mejor teletransportar información cuántica mediante fibras ópticas. El récord en fibra óptica lo tenían físicos de la NASA. Esta semana un equipo de físicos del NIST (Instituto Nacional de Normas y Tecnología) de los EEUU ha conseguido cuadruplicar el récord de teletransporte cuántico en fibra óptica que ostentaba de la NASA. Se ha logrado el teletransporte del estado cuántico de un fotón a través de un cable de 102 kilómetros. Todo un récord que abre las puertas a una futura internet cuántica basada en cables en fibra óptica.

Dibujo20150927  3fold coincidences in 20s - delay ps - nist - osa

El nombre del teletransporte cuántico recuerda a los teletransportadores de objetos y personas que aparecen en películas como Star Trek. ¿Cuáles son las diferencias entre ambos tipos de teletransporte? En realidad el teletransporte cuántico no es un teletransporte de objetos como tales. El protocolo de teletransporte cuántico es el único método conocido para copiar información cuántica. Este protocolo se parece a copiar a mano con un lápiz la información que vemos en la pantalla de un ordenador. Nadie diría que la información se “teletransporta” de los píxeles de la pantalla al grafito en la hoja de papel. De igual manera la copia cuántica de información, el llamado teletransporte cuántico, se puede realizar entre objetos de diferente naturaleza. Podemos copiar el estado cuántico de un fotón, una partícula de luz, en el estado cuántico de un átomo o de un sistema nanomecánico. El nombre de teletransporte es muy sugerente y fue puesto por los físicos aficionados a la ciencia ficción, pero en realidad no tiene nada que ver con el teletransporte de personas en Star Trek. El teletransporte cuántico no se llama copia cuántica porque implica la destrucción del estado original del sistema que se copia. Por ejemplo, si tú fotocopias una página de un libro no destruyes la página original; sin embargo, en física cuántica, si teletransportas el estado de un fotón a otro fotón u otra partícula siempre destruyes el estado del primer fotón que acaba en un estado cuántico indeterminado. No destruyes el fotón, sólo destruyes la información cuántica almacenada en dicho fotón. Quizás sería mejor llamar al protocolo de teletransporte cuántico como copia del estado con destrucción del original, pero los físicos prefieren el término de teletransporte. El nuevo récord de 102 km en fibra óptica se ha logrado gracias a unos nuevos detectores basados en nanohilos superconductores de monosiliciuro de molibdeno (MoSi). Estos detectores tienen una fiabilidad altísima del (83,7 ± 2,0) %. lo que ha permitido ejecutar el protocolo de teletransporte cuántico a una distancia superior a 100 km.

Dibujo20150927 fidelity over classical limit - input states - nist - osa

En la física cuántica se permite que la información de un fotón aparezca de forma instantánea en el otro fotón, aunque esté situado a cien kilómetros de distancia, ¿permite el teletransporte enviar informacíon más rápido que la velocidad de la luz? No, no lo permite. La teoría matemática de la física cuántica describe el teletransporte como un proceso que ocurre de forma instantánea, pero para poder ejecutar el protocolo cuántico de teletransporte se requiere siempre el envío de información clásica a través de la fibra óptica. Tenemos dos fotones en ambos extremos de la fibra óptica que han sido previamente entrelazados. El protocolo de teletransporte requiere realizar ciertas medidas del estado de un fotón en un extremo de la línea, llamémosle Alicia, y realizar otras ciertas medidas en el fotón del otro extremo, llamémosle Berto, que dependen de los resultados obtenidos en el fotón Alicia; para completar el protocolo de copia del estado cuántico siempre es necesario conocer los resultados de las medidas realizadas en el fotón Alicia que se deben enviar hasta donde se encuentra el fotón Berto usando un canal de comunicación clásico, por ejemplo, una fibra óptica, lo que obliga a enviar dicha información como máximo a la velocidad de la luz en el vacío. Lo importante del teletransporte cuántico es que si alguien lee la información clásica transmitida por la fibra óptica no le servirá absolutamente de nada, pues no posee el fotón Berto que está entrelazado con el fotón Alicia. Para quien no disponga del fotón Berto la información clásica enviada es inútil. El entrelazamiento cuántico entre los fotones Alicia y Berto es como un matrimonio con fidelidad absoluta. Sólo quien tenga acceso al fotón Berto puede descifrar la información cuántica que se envía desde el fotón Alicia. Según la física cuántica el teletransporte como tal se realiza de forma instantánea, pero sólo tras completar el protocolo y para ello es necesario la información que se envía por el canal clásico, como mucho a la velocidad de luz en el vacío. Sin dicha información clásica es imposible realizar el teletransporte cuántico.

Dibujo20150927 Quantum-Teleportation - nist - osa

El teletransporte cuántico no permite enviar información más rápido que la velocidad de la luz, ¿cuál es su utilidad más importante? La gran ventaja del teletransporte cuántico de información no es la velocidad, que está limitada a la velocidad de la luz en el vacío, ya que hay que enviar información clásica para completar el protocolo. Su gran ventaja es la seguridad, nadie puede hackear la comunicación, pues cualquier intento de interferir en el protocolo destruye el proceso y ambas partes que transmiten información sabrán que hay un espía en la línea de comunicación. Según la física cuántica, las comunicaciones basadas en información cuántica pueden ser absolutamente seguras, ya que cualquier intento de observar la información transmitida por la fibra resultará en una interferencia con el protocolo cuántico que puede ser detectada por ambas partes en la comunicación. Físicamente es imposible observar la comunicación cuántica en la fibra óptica sin ser detectado cuando se usa un protocolo de teletransporte cuántico. Gracias a ello las comunicaciones por la futura internet cuántica serán absolutamente seguras, lo que tiene gran número de aplicaciones prácticas.

Dibujo20150927 mateo valero - bsc - mare nostrum supercomputer

Esta semana estamos de enhorabuena, un español, Mateo Valero, ha ganado un prestigioso premio, el llamado “Nobel” de los supercomputadores. ¿Qué podemos contar al respecto? En ciencia y tecnología se suele llamar “premio Nobel” de una disciplina concreta al premio más prestigioso en dicha disciplina. En la campo de los supercomputadores, el premio más prestigioso se llama Premio Cray de Supercomputación, que concede la IEEE (pronunciada en inglés “Eye-triple-E”), Institute of Electrical and Electronics Engineers, la asociación más importante del mundo en ingeniería eléctrica y electrónica. Este premio se concede en honor a Seymour Cray (1925–1996), uno de los padres de la ingeniería de superordenadores, quien creó una compañía en 1972 llamada con su apellido, Cray, para el desarrollo de su primer superordenador, el Cray-1 en 1976. Desde entonces los ordenadores Cray han sido los supercompuadores por excelencia y por ello la IEEE decidió conceder un premio en su honor desde el año 1999. Mateo Valero, catedrático de la Universidad Politécnia de Cataluña y director del Centro Nacional de Supercomputación (el llamado Barcelona Supercomputing Center) es el primer investigador europeo que recibe el premio de supercomputación Seymour Cray, otorgado por la IEEE Computer Society. Este premio es el mayor reconocimiento internacional en computación de alto rendimiento. Mateo Valero ha centrado su investigación en arquitecturas de computadores y el premio reconoce sus aportaciones en arquitecturas vectoriales, multihebra y multinúcleo. Sin lugar a dudas es un gran honor para España que el primer premio Cray europeo sea español. El BSC (Centro de Supercomputación de Barcelona) alberga el supercomputador MareNostrum, que usa procesadores de IBM y alcanza 48 896 núcleos, superan un Tflops (teraflop por segundo) de potencia de cálculo. Sin lugar a dudas los españoles nos alegramos de que Mateo Valero haya logrado el premio más importante del área de supercomputación a nivel mundial.

 



2 Comentarios

  1. Siempre he tenido una duda Francis, la encriptación cuántica es imposible de ‘hackear’ , o con imposible nos referimos a que se necesitaría una cantidad de tiempo cercana a la edad del universo para poder hacerlo?
    Un saludo

  2. Un canal de comunicaciones, basado en entrelazamiento cuántico puede ser usado para recibir en la partícula entrelazada de origen, información del entorno de la partícula entrelazada viajera ?? como una sonda ?

Deja un comentario

Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 27 septiembre, 2015
Categoría(s): ✓ Ciencia • Eureka (La Rosa de los Vientos) • Física • Mecánica Cuántica • Noticias • Personajes • Physics • Science
Etiqueta(s): ,