Transmiten imágenes a través de una red cuántica sin que la información viaje entre dos puntos

Los científicos han logrado transportar imágenes por una red sin enviarlas físicamente. Utilizaron una configuración inspirada en la teleportación cuántica, una tecnología de Star Trek hecha realidad.

Un equipo internacional de investigadores de la Universidad de Witwatersrand, en Johannesburgo, y del Instituto de Ciencias Fotónicas, en Barcelona, ha conseguido el transporte de "patrones" de luz sin necesidad de enviar la imagen de forma física por la red, un proceso parecido a la teleportación cuántica.

La teleportación cuántica se basa en el entrelazamiento cuántico, un fenómeno físico mediante el cual dos partículas están tan estrechamente conectadas que el estado de una depende del estado de la otra, incluso si están separadas por una gran distancia.

La teleportación cuántica consiste en entrelazar una partícula con el estado que se quiere transmitir y luego medir el resultado, lo que hace que el estado se transfiera a la otra partícula entrelazada. De esta forma, se logra "teleportar" el estado cuántico sin enviarlo directamente.

La teleportación cuántica a larga distancia es esencial para la seguridad de la información y se ha logrado con estados bidimensionales (cúbits o bits en superposición de estados cuánticos) a distancias muy largas entre satélites.

Potencia adicional

La óptica cuántica (la ciencia de los fotones) añade una potencia adicional a la teleportación cuántica: permite aumentar la información a compartir y describe de forma segura sistemas más complejos de una sola vez, como una huella digital única o una cara.

Desafortunadamente, la teleportación solo se ha demostrado hasta ahora con estados tridimensionales (como una imagen de tres píxeles), pero se necesitan fotones entrelazados adicionales para alcanzar dimensiones más altas usando la tecnología disponible hasta el momento (detección lineal).

En esta investigación, el equipo realizó la primera demostración experimental del transporte cuántico de estados de alta dimensión (como una imagen de varios pixeles) con solo dos fotones entrelazados como recurso cuántico, lo que resultó en que la información pareciera ser "teleportada" del emisor al receptor.

Al utilizar dos fotones entrelazados, los investigadores pudieron empaquetar en ellos mucha más información de lo normal, de ahí la posibilidad de codificar imágenes.

Tecnología Star Trek

Es más, esta información extra fue 'teleportada' con éxito de un punto a otro sin viajar físicamente a través de la conexión, “una tecnología de 'Star Trek' hecha realidad", explica en un comunicado el profesor Andrew Forbes, investigador principal de este trabajo.

Para lograr este avance, el equipo utilizó un detector óptico no lineal (basado en el proceso inverso que se utiliza para generar el entrelazamiento) que evita la necesidad de fotones adicionales y funciona para cualquier "patrón" que se quiera enviar.

Este "detector no lineal" es otra parte crucial de la configuración, tanto para gestionar la capacidad adicional de los fotones entrelazados como para garantizar que la información se transmita con precisión de un punto a otro.

Matiz importante

Sin embargo, no fue un experimento de teleportación en el sentido estándar. Si bien la información en sí no se transfirió (como lo sería a través de una conexión a Internet, por ejemplo), la medición cuidadosa de una característica específica en una de las partículas entrelazadas afectó inmediatamente a la característica de la medición en la otra, transmitiendo efectivamente su estado cuántico.

Sin embargo, aclara Forbes, "este protocolo tiene todas las características de la teleportación, excepto por un ingrediente esencial: requiere un rayo láser brillante para hacer que el detector no lineal sea eficiente, de modo que el remitente pueda saber qué se va a enviar, aunque no necesita saberlo".

Si bien puede que no sea una forma más rápida de enviar información, crea una práctica marca de agua cuántica para cualquier información que no puede ver nadie más, destacan asimismo los investigadores.

Aventura interesante

"Esperamos que este experimento que muestra la viabilidad del proceso motive nuevos avances en la comunidad de la óptica no lineal, superando los límites hacia una implementación puramente cuántica", explica el científico Adam Vallés, del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) de Barcelona, en declaraciones a T21.

Y añade: "Debemos ser cautelosos ahora, ya que esta configuración no podría evitar que un remitente engañoso conserve mejores copias de la información que va a ser teleportada, lo que significa que podríamos terminar con muchos clones del Sr. Spock en el mundo de Star Trek si así Scotty lo quisiera. Desde un punto de vista práctico, la configuración que demostramos actualmente ya se puede utilizar para establecer un canal seguro de alta dimensión para comunicaciones cuánticas entre dos partes, siempre que el protocolo no necesite estar basado en la utilización de fotones individuales, como sería el caso de los repetidores cuánticos”.

Vallés concluye: “Realizar este experimento de prueba de concepto con la tecnología actualmente disponible ha sido una aventura interesante, y debemos agradecer a la Dra. Bereneice Sephton de Wits por su determinación mostrada durante su doctorado y sus habilidades extraordinarias domando una bestia experimental de estas magnitudes”.

Referencia

Quantum transport of high-dimensional spatial information with a nonlinear detector. Bereneice Sephton et al. Nature Communications volume 14, article number: 8243 (2023). DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-023-43949-x