A principios de julio, científicos de China anunciaron que habían usado una propiedad «escalofriante» del universo para lograr la teletransportación entre la Tierra y el espacio por primera vez.
No se teletransportó a personas ni objetos, sino únicamente propiedades de fotones —o partículas de luz— mediante una teoría de la física llamada mecánica cuántica. El experimento fue una prueba de concepto.
Pero eso no debería restar importancia a la hazaña: este experimento de teletransportación cuántica funcionó a distancias de hasta 870 millas (1.400 kilómetros), aproximadamente ocho veces más que el récord anterior. Además, según al menos un investigador, la capacidad de teletransportar hasta satélites representa un gran avance hacia el desarrollo de tecnologías que podrían transformar el mundo moderno.
J.C. Séamus Davis, físico de la Universidad de Cornell que estudia la mecánica cuántica, dijo que el último estudio era «profundo» porque demostraba los fundamentos de una «internet cuántica» plena, una tecnología que probablemente dejará obsoleta nuestra red mundial.
«Una internet así sería muchísimo más potente en términos de velocidad y mucho más segura, porque impediría acceder a información privada», dijo Davis a Business Insider. «No hay forma de espiar sin que se sepa que ha ocurrido».
Treinta y dos investigadores de instituciones académicas de toda China publicaron un borrador del último estudio el 4 de julio en Arxiv, un servidor de prepublicaciones de artículos científicos. Aunque la comunidad científica todavía no ha revisado el nuevo estudio, este viene después de otro estudio relacionado, publicado el 15 de junio en la revista Science, que utilizó el mismo satélite de teletransportación cuántica, llamado Micius.
Davis no pudo decir cuándo estaría operativa una internet cuántica ni cuáles serían exactamente sus consecuencias. Pero cree que su impacto será enorme, aunque su desarrollo podría parecerse al inicio de internet en la década de 1980.
Aquel momento estuvo marcado al principio por la curiosidad y, en algunos casos, la ambivalencia. Sin embargo, el nacimiento de la web dio paso a décadas de cambios radicales e innovación, y transformó el mundo moderno. Una internet pública y plenamente cuántica podría desencadenar algo parecido.
«Los físicos cuánticos ven venir la internet cuántica, la tecnología de la información cuántica, la computación cuántica y la criptografía cuántica», dijo Davis, quien no participó en el estudio. «Estas tecnologías apenas empiezan a asomar en el horizonte y, dentro de 30 a 50 años, dominarán el funcionamiento del mundo. Por eso me parece tan sorprendente este artículo».
Aprovechar lo desconcertante de la teletransportación cuántica
Los investigadores demostraron en 1992 que la teletransportación funciona, al menos matemáticamente, y luego la demostraron por primera vez en un laboratorio en 1998, usando fotones. Desde entonces, científicos de todo el mundo han reproducido y ampliado ese trabajo.
La teletransportación cuántica no es como la versión de «Star Trek», en la que una persona es escaneada y reconstruida en otro lugar del universo. En cambio, consiste en «entrelazar» dos partículas diminutas, separarlas y mantenerlas lo bastante estables como para que sigan conectadas.
El entrelazamiento vincula ciertos estados de las partículas, como el espín o la polarización, pero deja el conocimiento de esos estados atrapado en una situación confusa y extraña llamada «superposición». Cuando están entrelazadas, se considera que el estado de una partícula puede ser, por ejemplo, arriba, abajo o ambas cosas.
«Es una situación extraña, tan extraña como si pudieras tener un gato vivo y uno muerto al mismo tiempo», dijo Davis.
Sin embargo, cuando se mide directamente una de las partículas (o se la perturba demasiado), su estado se conoce y la otra partícula muestra al instante el estado opuesto. Es como si las dos partículas fueran la misma, estuvieran en el mismo lugar y al mismo tiempo, sin importar cuánto las separe la distancia: de algún modo «teletransportan» sus estados ocultos más rápido que la velocidad de la luz.
Albert Einstein llamó al efecto «acción fantasmal a distancia», principalmente para dar a entender que consideraba absurda la idea.
«Einstein no podía aceptar esto», dijo Davis. «Prácticamente se fue a la tumba sin aceptarlo como un hecho, pero ahora se ha demostrado millones de veces que funciona».
Cómo y por qué los fotones, los átomos y otras partículas pueden entrelazarse y teletransportar cuánticamente sus estados entre sí no tiene sentido en el contexto de nuestra vida cotidiana. A escalas diminutas, el universo parece regirse por reglas diferentes, muchas de ellas paradójicas y contrarias a la razón. En algunos escenarios de la mecánica cuántica, por ejemplo, un efecto no siempre sigue a una causa; de hecho, el efecto puede ocurrir antes que su causa. («No me lo inventé», dijo Davis).
Davis añadió que nadie podía ser culpado por sentirse confundido ante la mecánica cuántica, ya que «no evolucionamos para entender» la teoría y sus consecuencias contrarias a la intuición.
«Pero las matemáticas y las predicciones que comenzaron en la década de 1920 han resultado ser correctas», dijo. «Es la teoría científica más exitosa de la humanidad».
Sin embargo, tras todas esas décadas de cálculos y experimentos, nadie había logrado teletransportar nada desde la Tierra hasta la órbita, al menos hasta ahora. Y Davis sospecha que esto cambiará las reglas del juego.
Por qué y cómo teletransportarse al espacio
La razón por la que alguien querría teletransportarse al espacio es que el método habitual para separar fotones entrelazados, mediante cables de fibra óptica —de los que depende en parte internet—, presenta problemas.
Instalar cables de fibra óptica es caro y lleva mucho tiempo. Cuanto más largo es un cable, mayores son las pérdidas y más probable es que se destruya el entrelazamiento. Ni siquiera funciona enviar fotones entrelazados por el aire con un láser más allá de cierta distancia: las perturbaciones atmosféricas los alteran y destruyen el entrelazamiento.
«Una solución prometedora a este problema es aprovechar una plataforma satelital y un enlace espacial», ya que el espacio está casi vacío y es menos probable que altere el entrelazamiento, escribieron los autores. «Este trabajo establece el primer enlace ascendente de la Tierra a un satélite para la teletransportación cuántica fiel y a distancias ultralargas, un paso esencial hacia una internet cuántica de alcance global».
Para lograrlo, los investigadores utilizaron un transmisor especial llamado Ngari, ubicado en una cordillera tibetana. La gran altitud redujo al mínimo la cantidad de aire entre el transmisor y Micius, lanzado en 2016 y equipado con un detector de fotones muy sensible. Esto mejoró enormemente las posibilidades de que los fotones entrelazados llegaran intactos al espacio.
Para entrelazar fotones, los investigadores dirigieron un láser ultravioleta a través de un cristal especial, que generó pares de fotones con estados de polarización opuestos, aunque desconocidos. (La polarización es la misma propiedad de la luz que las gafas de sol polarizadas pueden filtrar para mejorar el contraste). De este modo, crearon objetos llamados cúbits, o bits entrelazados cuánticamente.
Luego, unos espejos dividieron el haz láser y sus pares de fotones entrelazados cuánticamente. En el experimento, un fotón permaneció en la Tierra y el otro fue enviado a Micius a un ritmo de unos 4.080 fotones entrelazados por segundo.
Para asegurarse de que el satélite detectara los fotones entrelazados en los momentos adecuados y mantener potente la señal del transmisor, los ingenieros tomaron todo tipo de precauciones.
Por ejemplo, Micius bloqueaba cuidadosamente la luz de la Luna, seguía las estrellas para conocer su posición precisa en órbita, funcionaba a una temperatura muy baja —ya que los objetos cálidos emiten luz infrarroja— y pasaba sobre el transmisor exactamente a la misma hora cada noche. Los temporizadores precisos también ayudaron a sincronizar los dispositivos para que pudieran predecir cuándo llegaría al satélite cada fotón que salía del transmisor.
El satélite era visible desde el transmisor cuando se encontraba a una distancia de hasta 870 millas, en el horizonte, y de tan solo 310 millas, cuando pasaba directamente por encima.
A lo largo de 32 noches, 911 pares de fotones mostraron teletransportación cuando los científicos midieron sus estados. Puede que no parezcan muchos, sobre todo entre millones y millones de pares, pero es un avance decisivo.
«Es fácil comprobar que habría que esperar 380.000 millones de años (20 veces la edad del universo) para presenciar un suceso» con una configuración similar a través de un cable de fibra óptica, escribieron los autores.
El trabajo que queda por hacer
Lo que no es fácil es poner en marcha una internet cuántica pública.
Aunque se han construido algunas internet cuánticas a pequeña escala ya, utilizan cables de fibra óptica (no satélites), son de pequeña escala y, por lo general, hacen concesiones en velocidad y seguridad para conectarse con computadoras tradicionales.
Para que funcione una internet cuántica global, China u otra entidad tendría que encontrar la manera de mejorar la fidelidad de sus señales de internet cuántica. Asimismo, necesitaríamos computadoras cuánticas comerciales y enrutadores cuánticos asequibles, fiables y, en última instancia, útiles para aprovechar plenamente la velocidad y la seguridad de una internet cuántica.
En cuanto a la seguridad, alguien tendría que demostrar que se pueden enviar de forma fiable cadenas de muchos cúbits hacia el espacio y desde allí para formar «claves cuánticas». Esto dejaría obsoletas todas las demás formas de cifrado, ya que la naturaleza las generaría al azar y, por tanto, serían irrompibles. (Cualquier intento de interceptar datos cifrados cuánticamente derrumbaría el estado de un par entrelazado y produciría errores reveladores).
Davis cree que aún faltan muchos años para que todas estas tecnologías se consoliden. Pero, si ocurriera, dijo, todos podríamos obtener un número incalculable de nuevos beneficios, además de mejorar los que ofrece nuestra internet pública global.
«Tomemos lo que hacemos ahora y digamos que simplemente vamos a hacerlo mejor», dijo. «Tu portátil funciona más rápido. La temporada de tu serie de Netflix se descarga en 10 segundos en vez de 10 horas. Tu historial médico está completo, disponible y seguro en cualquier sistema médico del mundo».
Y —algo de vital importancia— «las aerolíneas podrían vender la cantidad correcta de asientos en cada vuelo», dijo.
