La teletransportación también puede ser posible entre electrones
"Beam me up" es una de las frases más famosas de la serie Star Trek. Es el comando emitido cuando un personaje desea teletransportarse desde una ubicación remota de regreso a la nave espacial Enterprise.
Si bien la teletransportación humana solo existe en la ciencia ficción, la teletransportación es posible en el mundo subatómico de la mecánica cuántica, aunque no de la manera que normalmente se representa en la televisión. En el mundo cuántico, la teletransportación implica el transporte de información, en lugar del transporte de materia.
El año pasado, los científicos confirmaron que la información podía pasar entre fotones en chips de computadora incluso cuando los fotones no estaban físicamente vinculados.
Ahora, según una nueva investigación de la Universidad de Rochester y la Universidad de Purdue, la teletransportación también puede ser posible entre electrones.
En un artículo publicado en Nature Communications y uno que aparece en Physical Review X, los investigadores, incluidos John Nichol, profesor asistente de física en Rochester, y Andrew Jordan, profesor de física en Rochester, exploran nuevas formas de crear mecánica cuántica con interacciones entre electrones distantes. La investigación es un paso importante para mejorar la computación cuántica que, a su vez, tiene el potencial de revolucionar la tecnología, la medicina y la ciencia al proporcionar procesadores y sensores más rápidos y eficientes.
'Acción fantasmagórica a distancia'
La teletransportación cuántica es una demostración de lo que Albert Einstein llamó "acción fantasmagórica a distancia", también conocida como entrelazamiento cuántico. En el entrelazamiento, uno de los conceptos básicos de la física cuántica, las propiedades de una partícula afectan las propiedades de otra, incluso cuando las partículas están separadas por una gran distancia. La teletransportación cuántica involucra dos partículas entrelazadas y distantes en las cuales el estado de una tercera partícula "teletransporta" instantáneamente su estado a las dos partículas entrelazadas.
La teletransportación cuántica es un importante medio para transmitir información en la computación cuántica. Mientras que una computadora típica consta de miles de millones de transistores, llamados bits, las computadoras cuánticas codifican la información en bits cuánticos o qubits. Un bit tiene un único valor binario, que puede ser "0" o "1", pero los qubits pueden ser "0" y "1" al mismo tiempo. La capacidad de los qubits individuales de ocupar simultáneamente múltiples estados subyace al gran poder potencial de las computadoras cuánticas.
Los científicos han demostrado recientemente la teletransportación cuántica mediante el uso de fotones electromagnéticos para crear pares de qubits entrelazados de forma remota.
Sin embargo, los qubits hechos de electrones individuales también son prometedores para transmitir información en semiconductores.
"Los electrones individuales son qubits prometedores porque interactúan muy fácilmente entre sí, y los qubits de electrones individuales en semiconductores también son escalables", dice Nichol. "Crear de manera confiable interacciones de larga distancia entre electrones es esencial para la computación cuántica".
Sin embargo, la creación de parejas entrelazadas de qubits de electrones que abarcan largas distancias, lo cual es necesario para la teletransportación, ha resultado difícil: Mientras que los fotones se propagan naturalmente a largas distancias, los electrones generalmente están confinados en un solo lugar.
Pares de electrones entrelazados
Para demostrar la teletransportación cuántica utilizando electrones, los investigadores utilizaron una técnica desarrollada recientemente basada en los principios del acoplamiento de intercambio de Heisenberg. Un electrón individual es como un imán de barra con un polo norte y un polo sur que pueden apuntar hacia arriba o hacia abajo. La dirección del polo, ya sea que el polo norte apunte hacia arriba o hacia abajo, por ejemplo, se conoce como el momento magnético del electrón o el estado de giro cuántico.
Si ciertos tipos de partículas tienen el mismo momento magnético, no pueden estar en el mismo lugar al mismo tiempo. Es decir, dos electrones en el mismo estado cuántico no pueden sentarse uno encima del otro. Si lo hicieran, sus estados cambiarían de un lado a otro a tiempo.
Los investigadores utilizaron la técnica para distribuir pares de electrones entrelazados y teletransportar sus estados de espín.
"Proporcionamos evidencia para el 'intercambio de entrelazados', en el que creamos entrelazado entre dos electrones a pesar de que las partículas nunca interactúan, y 'teletransportación de puerta cuántica', una técnica potencialmente útil para la computación cuántica utilizando teletransportación", dice Nichol. "Nuestro trabajo muestra que esto se puede hacer incluso sin fotones".
Los resultados allanan el camino para futuras investigaciones sobre teletransportación cuántica que involucren estados de espín de toda la materia, no solo de fotones, y proporcionan más evidencia de las sorprendentemente útiles capacidades de electrones individuales en semiconductores qubit.
Artículo científico: Conditional teleportation of quantum-dot spin states
