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10 de Enero de 2018 - Nota vista 694 veces

La acción fantasmagórica de Einstein, probada en laboratorio

Investigadores consiguen «domesticar», en condiciones que imitan el mundo real, el entrelazamiento cuántico de partículas que están separadas entre sí. El efecto es importante para desarrollar futuras redes mundiales de comunicación totalmente seguras.

Un equipo de científicos de la universidad australiana de Griffith ha conseguido, por primera vez, superar uno de los grandes desafíos de la Física al lograr aplicar un extraño efecto cuántico a nuestra realidad macroscópica.

Los investigadores, del centro de Dinámica Cuántica de la universidad, han conseguido, en efecto, demostrar con todo rigor si un par de fotones (partículas de luz), hacen efectivamente gala de lo que Einstein llamó “la escalofriante acción a distancia” de las partículas subatómicas. Y lo han hecho, incluso, en condiciones adversas y que imitan a las del mundo real, fuera del laboratorio. El equipo de científicos demostró que el fantasmagórico efecto, también conocido como entrelazamiento cuántico, se puede verificar incluso cuando muchos de los fotones se pierden por absorción o dispersión a medida que viajan desde su punto de origen hasta su destino a través de un canal de fibra óptica. El trabajo se acaba de publicar en la revista Science Advances.

El efecto es muy importante para el desarrollo de las futuras redes mundiales de información cuántica, cuyas transmisiones serán totalmente seguras, tal y como garantizan las leyes de la física. A estas redes, además, se vincularán los ya cercanos y poderosísimos ordenadores cuánticos.

El entrelazamiento cuántico es una extraña y aún no bien comprendida relación que se genera entre dos partículas, de forma que cualquier cambio que sufra la partícula A es inmediatamente “conocido” por la partícula B, sin importar la distancia que las separe. Y aunque no sabemos aún del todo bien cómo se produce esa “comunicación” entre las partículas entrelazadas, el hecho de que sea inmediata ha empujado a numerosos científicos a tratar de aprovechar el efecto para construir redes de telecomunicaciones instantáneas e inviolables.

Los fotones, por ejemplo, se pueden usar para formar un “enlace cuántico” entre dos ubicaciones. Basta con entrelazarlos y luego enviar a uno de los dos a través de un canal de comunicaciones. Cualquier medición o cambio que se haga con el fotón no enviado, determinará de forma instantánea las propiedades de su “gemelo”.

Sin embargo, el líder del equipo, Geoff Pryde, asegura que ese enlace cuántico debía de pasar antes una serie de pruebas muy exigentes que demostraran si realmente las dos partículas en los extremos del canal de comunicación estaban experimentando el efecto. “Fallar en esa prueba -afirma Pryde- significa que un espía podría estar infiltrándose en la red”.

El problema principal para el desarrollo de esta clase de redes de comunicaciones es que, por ahora, solo se ha conseguido que funcionen en distancias muy cortas. Cuanto más largo es el canal cuántico, en efecto, menos fotones pasan con éxito a través del enlace, ya que “ningún material es perfectamente transparente y la absorción (de fotones) y la dispersión, al final pasan factura. Y cada fotón perdido hace que sea más fácil para un espía romper la seguridad, imitando el entrelazamiento”.

Por eso, desarrollar un método capaz de probar el entrelazamiento incluso cuando se sufren tales pérdidas, ha supuesto un gran desafío científico desde hace años.

Pero los científicos australianos decidieron utilizar una aproximación diferente para superar el problema de los fotones perdidos: la teleportación cuántica.

Morgan Weston, primera firmante del artículo, explica que los investigadores seleccionaron primero los pocos fotones que habían logrado sobrevivir al canal de alta pérdida y “teletransportaron” a esos afortunados fotones hasta otro canal cuántico, limpio y en pleno funcionamiento. “Una vez ahí -añade la investigadora- la prueba de verificación elegida, llamada dirección cuántica, podía realizarse sin ningún problema. Nuestro esquema registra una señal adicional que nos permite saber si una partícula de luz ha atravesado el canal de transmisión. Eso significa que los eventos de distribución fallidos pueden excluirse por adelantado, lo que permite que la comunicación se implemente de forma segura incluso en presencia de pérdidas muy altas”.

El trabajo no fue fácil. La teleportación de las partículas, en efecto, requiere de pares adicionales de fotones de alta calidad, ya que lo que se “teletransporta” no es la partícula en sí, sino sus propiedades. Y esos pares adicionales de fotones deben generarse y detectarse con una eficiencia extremadamente alta, para compensar el efecto de la línea de transmisión perdida. Algo que fue posible gracias a una tecnología de vanguardia de detección de fotones, desarrollada ex profeso por los investigadores y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de Estados Unidos de Boulder, Colorado.

Aunque el experimento se llevó a cabo en laboratorio, logró probar canales de comunicación equivalentes a unos 80 km. de fibra óptica. Ahora, el equipo tiene como objetivo integrar su método en las redes cuánticas que están siendo desarrolladas por el Centro de Excelencia del Consejo de Investigación Australiano para la Computación Cuántica y las Tecnologías de la Comunicación, con objeto de probarlo en un entorno real.