Demostración práctica de comunicación cuántica contrafactual

Cuántico
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Publicado 05/05/2017 16:52:15CET

   MADRID, 5 May. (EUROPA PRESS) -

   En el dominio cuántico no intuitivo, la contrafactualidad se define como la transferencia de un estado cuántico de un sitio a otro sin ninguna partícula cuántica o clásica transmitida entre ellos.

   La contrafactualidad requiere un canal cuántico entre los sitios, lo que significa que existe una pequeña probabilidad de que una partícula cuántica cruce el canal; en ese caso, se descarta la ejecución del sistema y comienza una nueva.

   Funciona debido a la dualidad onda-partícula que es fundamental para la física de partículas: Las partículas pueden ser descritas por la función de onda solo.

   Bien entendido como un esquema factible por los físicos, los aspectos teóricos de la comunicación contrafactual han aparecido en las revistas científicas, pero hasta hace poco no ha habido demostraciones prácticas del fenómeno. Ahora, una colaboración de científicos chinos de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, ha diseñado y probado experimentalmente un sistema de comunicación contrafactual que transfirió con éxito un mapa de bits monocromo de una ubicación a otra utilizando una versión anidada del efecto cuántico Zeno. Han reportado sus resultados en la revista PNAS.

   El efecto cuántico Zeno ocurre cuando un sistema cuántico inestable es sometido a una serie de mediciones débiles. Las partículas inestables nunca pueden decaer mientras se miden, y el sistema se congela efectivamente con una probabilidad muy alta. Esta es una de las implicaciones del principio bien conocido pero altamente no intuitivo de que mirar algo lo cambia en el reino cuántico.

   Usando este efecto, los autores del nuevo estudio alcanzaron la comunicación directa entre los sitios sin la transmisión de la partícula del portador. En la configuración que diseñaron, dos detectores de un solo fotón se colocaron en los puertos de salida de la última de una serie de divisores de haz. Según el efecto cuántico de Zeno, es posible predecir qué detector de fotón único hará "clic" cuando se permita que los fotones pasen. Los interferómetros anidados del sistema sirvieron para medir el estado del sistema, evitando así que cambiara.

   En la prueba se transfiere un solo fotón al interferómetro anidado; es detectado por tres detectores de un solo fotón, D0, D1 y Df. Si D0 o D1 hacen clic, se concluye un resultado lógico de uno o cero. Si Df hace clic, el resultado se considera inconcluso y se descarta en post-procesamiento. Después de la comunicación de todos los bits, los investigadores fueron capaces de volver a montar la imagen, un mapa de bits monocromo. Los píxeles negros se definieron como 0 lógico, mientras que los píxeles blancos se definieron como 1 lógico.

   La idea vino de la tecnología de la holografía. Los autores escriben: "En la década de 1940, se desarrolló una nueva técnica de imagen -la holografía- para registrar no sólo la intensidad de la luz, sino también la fase de la luz. Podría entonces plantearse la pregunta: ¿Puede la fase de luz utilizarse para la imagen? La respuesta es sí". En el experimento, la fase de luz misma se convirtió en el portador de información, y la intensidad de la luz fue irrelevante para el experimento.

   Los autores observan que además de las aplicaciones en la comunicación cuántica, la técnica podría ser utilizada para actividades tales como crear imágenes de artefactos antiguos que serían dañados por la luz brillante directamente.

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