La teleportación es una tecnología cuántica única que transfiere un estado cuántico a una localización

arbitrariamente alejada usando un estado de entrelazamiento cuántico distribuido y la transmisión de cierta

información clásica. La teleportación cuántica no transporta energía o materia, ni permite la comunicación de

información a velocidad superior a la de la luz, pero es útil en comunicación y computación cuánticas.

Contenido

1 Realización

2 Formulación

3 Intercambio de

entrelazamiento

4 Véase también

5 Enlace externo

6 Referencias

Realización

A continuación se presenta un experimento realizado en el CERN a través de qubits y computación cuántica:

El objetivo de esta técnica es transmitir un qubit entre Alice (emisor) y Bob (receptor) mediante el envío de dos

bits clásicos. Previamente, Alice y Bob deberán compartir un estado entrelazado (entangled).

Los pasos a seguir por Alice y Bob son los siguientes:

Alice y Bob preparan un estado entrelazado como el que sigue: .

Alice y Bob se separan. Alice se queda con el primer qubit del par entrelazado y Bob se lleva el segundo.

Alice desea ahora transmitir el qubit a Bob. Alice operará sobre dos qubits: el

primero es el qubit que quiere transmitir y el segundo es el primer qubit del par entrelazado, que ella tiene

en su poder.

Alice primero aplica la compuerta cuántica CNOT a sus dos qubits.

Alice aplica la compuerta cuántica Hadamard al primero de sus dos qubits.

Alice realiza una medición sobre ambos qubits y obtiene los dos bits clásicos , que envía a Bob por

un canal de comunicación clásico.

Bob aplica la transformación sobre su qubit, de acuerdo a los bits recibidos donde es

la matriz de Pauli y la matriz de Pauli . El resultado obtenido por Bob en su qubitserá .

Formulación

Esquema de la teleportación cuántica.

El esquema completo de la teleportación cuántica se muestra en la figura de la derecha, donde es el qubit

a teleportar y es el estado entrelazado auxiliar.

Veamos, la entrada al circuito es:

que puede escribirse:

Esta entrada pasa a través de una puerta CNOT, cuya función es:

,

con lo que en nuestro circuito obtenemos:

A continuación atraviesa la puerta de Hadamard (bloque H en la figura), cuya función es

,

con lo cual en la figura obtenemos:

Ahora Alice hace la medición de sus dos qubits y obtiene uno de los cuatro b1b2 posibles. El sistema colapsa

al estado

Alice envía la información que obtiene en la medición ( ) a Bob, que sabrá cuál de los cuatro términos es

realmente el que tiene en su poder (estos términos varían en el signo de los sumandos o tienen los

coeficientes intercambiados). Bob convertirá los signos negativos en positivos y reordenará los coeficientes

aplicando , según la tabla de abajo, y así obtendrá el estado original .

Bits recibidos Compuerta a aplicar Operación

00 I

01 X

10 Z

11 ZX

Donde es la matriz de identidad.

Intercambio de entrelazamiento

El entrelazamiento cuántico puede ser aplicado no sólo a estados puros, sino también a estados mezcla, o

inclusive a un estado no definido de una partícula entrelazada. El "intercambio de entrelazamiento" es un

ejemplo simple e ilustrativo.

Supongamos que dos partes, Alice y Carol, necesitan crear un canal de teleportación pero carecen de un par

de partículas entrelazadas, lo cual hace que esta tarea sea imposible. Además, supongamos que Alice tiene

en su poder una partícula que está entrelazada con una partícula que pertenece a una tercera parte, Bob. Si

Bob teletransporta su partícula a Carol, hará que la partícula de Alice se enlace automáticamente con la de

Carol.

Una forma más simétrica de explicar la situación es la siguiente: Alice tiene una partícula, Bob tiene dos, y

Carol una. La partícula de Alice y la primera de Bob están entrelazadas, de la misma manera que la segunda

de Bob está entrelazada con la de Carol.

Ahora: si Bob realiza una medición proyectiva sobre sus dos partículas en una base de Bell (ver Analizador de

Estado de Bell), y luego comunica el resultado a Carol, tal como lo describe el esquema de arriba, el estado

de la primera partícula de Bob puede ser enviado por teleportación a Carol. Si bien Alice y Carol nunca

interactuaron entre sí, sus partículas están ahora entrelazadas.

Véase también

Computación cuántica

Entrelazamiento cuántico

Mecánica cuántica

Formulación matemática de la mecánica cuántica

Enlace externo

Intercambio de Entrelazamiento, desde un punto de vista de la computación cuántica.

La versión original de este artículo ha sido extraída del siguiente texto con el permiso del autor: Notas de

las Charlas Introductorias a la Computación Cuántica (Alejandro Díaz-Caro).

Michael A. Nielsen e Isaac L. Chuang, Quantum Computation and Quantum Information, Cambridge

UniversityPress, Reino Unido, 2000, ISBN:0-521-63503-9.

FUENTE: Wikipedia. Actualizado: 05/10/12, 11:31 am

TELETRANSPORTACION CUANTICA

La mayor teletransportación cuántica de la historia ha sido conseguida por el equipo del

profesor NicolasGisin, de la Universidad de Ginebra, según se explica en un artículo

publico en la revista Nature.

Lo que ha conseguido este equipo de físicos es transferir las propiedades de un fotón a

otro fotón que estaba distante dos kilómetros. La experiencia constituye toda una proeza

porque hasta ahora las distancias en que se conseguían estos fenómenos eran mucho

más cortas.

En un principio se creía que los objetos estaban constituidos de materia y de forma, pero

en la actualidad los físicos hablan de energía y de estructuras para definir la realidad. Sin

embargo, esta concepción avanzada del mundo no lleva implícita la posibilidad de que la

materia pueda ser llevada de un lado a otro sin haber recorrido un trayecto.

Para concebir la posibilidad de que un fotón pueda ser transportado dos kilómetros sin

haber recorrido ningún trayecto, los físicos de Ginebra han debido apoyarse en sus

conocimientos de la mecánica cuántica, que ofrece un marco teórico en el que la

teletransportación es concebible.

Desde 1993

La idea de la teletransportación no es nueva y se remonta a 1993, cuando se descubrió

que el estado cuántico de un objeto, es decir, su estructura más elemental, podía en

teoría ser teletransportada.

De esta forma se imaginó que una entidad muy pequeña podía ser transportada de un

lugar a otro sin moverse de su posición original. En realidad, de lo que se habla es de

transportar su estructura, es decir, su esencia última, y no la materia del objeto, que

permanece inamovible tanto en el punto de partida como de llegada.

En base a este razonamiento, desde 1997 se ha comprobado que la teletransportación es

posible, siempre referida a partículas cuánticas separadas entre sí no más de un metro.

Lo que ha conseguido ahora el equipo del profesor Gisin es precisamente transportar el

estado cuántico de un fotón entre dos laboratorios unidos entre sí por una línea de fibra

óptica de dos kilómetros de largo.

En realidad, los dos laboratorios, y por ende las partículas del experimento, estaban

separadas entre sí 55 metros, pero el cable que separó a los dos fotones gemelos tenía

una extensión mayor para simular una distancia de dos kilómetros y verificar que a esta

distancia la teletransportación también es factible.

Identidad cuántica

En una entrevista a SwiussInfo, el profesor NicolasGisin explica que la materia y la

energía no pueden ser teletransportadas, pero sí la identidad cuántica de una partícula, es

decir, su más íntima estructura.

De esta forma, de una partícula situada en el punto A, es posible transferir todas las

informaciones relativas a sus características físicas a otra partícula situada en el punto B.

Esta segunda partícula sufre una transformación y se convierte en un doble perfecto de la

partícula A.

El experimento requirió controlar previamente la inestabilidad de los fotones, que son las

partículas elementales de las que se compone la luz. Para conseguir la teletransportación,

el equipo de físicos se valió de los así llamados fotones gemelos.

A través de una técnica conocida en inglés como “entanglement” (enredo), consiguieron

reproducir una copia idéntica de un fotón, y de esta forma obtuvieron los fotones gemelos.

Cuando esto se consigue, cualquier modificación que sufre uno de los fotones la

reproduce instantáneamente el otro, aunque esté a distancia del primero, una aportación

de la física cuántica que compromete la noción clásica de tiempo y de espacio.

Junto al enredo

Lo que hacen en el experimento estos fotones gemelos es jugar el papel de terminales

para la transmisión. Se coloca la partícula que se quiere teletransportar junto a uno de

ellos y una serie de instrumentos miden los efectos de este encuentro cuántico.

La partícula que se pretende teletransportar se altera cuando se le sitúa junto a uno de los

fotones gemelos y esta alteración es registrada instantáneamente por el otro fotón

gemelo, que de esta forma se convierte en una copia idéntica de la primera partícula así

verificada por los instrumentos de medición.

El experimento constituye un fuerte impulso al desarrollo de las telecomunicaciones, la

criptografía y la informática, particularmente a la emergencia de los llamados ordenadores

cuánticos, si bien la técnica de teletransportación deberá ser todavía perfeccionada.

La teletransportación cuántica permite en efecto la transferencia de información por este

sistema, ya sea para el envío de datos (telecomunicaciones), ya para el envío de

instrucciones a un ordenador, que de esta forma aumentaría hasta el límite su velocidad

de funcionamiento.

Misión imposible

Hasta 1993 se consideraba imposible la teletransportación porque necesita la copia

exacta de cada partícula en un objeto, lo que según el principio de incertidumbre es

imposible porque el mismo acto de medir una partícula altera su naturaleza.

La fórmula encontrada por los físicos fue la del enredo, ya que cuando dos partículas se

enredan como dos enamorados, en la práctica actúan como si fueran una sola, aunque

lleguen a separarse entre sí.

El enredo se consigue tomando un fotón y enredándolo con otro y luego separándolos

entre sí. En ese momento se aproxima el objeto que se quiere teletransportar a uno de los

fotones del enredo y el segundo fotón reproduce la alteración del primero

instantáneamente, sin que medie ninguna influencia perceptible entre ellos.

Dos principios

Todo esto es posible porque en el mundo cuántico rigen leyes diferentes de las que

conocemos en el universo cotidiano. Átomos, protones, neutrones y fotones se comportan

de manera sorprendente para nuestros sentidos según dos principios.

El primer principio es el de superposición de estados: en contra de lo que ocurre en el

mundo de los sentidos, los objetos cuánticos como los fotones pueden estar en dos

estados diferentes a la misma vez, sin que pueda preverse de antemano en qué estado

estaba antes de la medición.

El segundo principio que rige la física cuántica es el de incertidumbre formulado por

Heisenberg, según el cual la mera observación de un sistema cuántico lo modifica de tal

forma que impide que pueda ser conocido tal como es en realidad en el estado no

observado.