Un experimento consigue conectar cuánticamente nubes de átomos de cesio

Unos físicos de Dinamarca han dado un paso que podría conducir a una forma primitiva de teleportación instantánea. Incluso si los experimentos de comprobación tienen éxito, todo lo que se habrá teleportado será un campo magnético de unos cuantos átomos a otros cuantos. Pero ese avance podría llegar a utilizarse para técnicas de codificación imposibles de descifrar y para construir ordenadores que empleen los principios de la mecánica cuántica para realizar sus cálculos con mayor rapidez.

Para los físicos, la teleportación significa crear una réplica de un objeto, o al menos de algún aspecto del mismo, a cierta distancia. Y el acto de teleportar siempre destruye el original -de forma parecida a los transportadores de la serie de televisión y películas Star Trek-, así que no se podría hacer un número infinito de copias.

A primera vista, la teleportación parece transgredir leyes fundamentales de la física, incluido el principio de incertidumbre de Heisenberg, que establece que no se puede medir con precisión dónde está algo y a qué velocidad se mueve, al menos al mismo tiempo. Sin una precisa descripción de un objeto, construir una réplica parecería imposible.

'Imaginen que queremos transmitir de un lugar a otro este estado cuántico de un objeto', dice Eugene S. Polzik, profesor de física de la Universidad de Aarhus (Dinamarca). 'No podemos hacerlo porque no debemos mirarlo. No nos está permitido escribir sus parámetros y enviarlos por teléfono. Tenemos que hacer trucos'. El truco es un extraño fenómeno de la mecánica cuántica conocido como entrelazamiento (entanglement). En condiciones cuidadosamente establecidas, dos partículas pueden entrelazarse, y los cambios en una alteran inmediatamente a la otra. Por ejemplo, los científicos pueden entrelazar dos fotones, o partículas de luz, de tal forma que los campos eléctricos oscilantes de ambos señalen en la misma dirección. Así, al medir la orientación del campo eléctrico de un fotón, se sabe cuál es la orientación del otro.

Lo que confunde al sentido común es que la teoría de la mecánica cuántica establece que todas las posibilidades de orientación existen simultáneamente, y que el acto de mirar hace que las posibilidades se concentren en una única realidad. 'Eso es lo que hace extraño el mundo cuántico', explica Polzik. Y lo más extraño es que la información se comunica instantáneamente al fotón entrelazado. Albert Einstein, que se sentía incómodo con este concepto, lo llamó 'la espeluznante acción a distancia'.

También los átomos se pueden entrelazar, y el año pasado, científicos estadounidenses entrelazaron con éxito dos iones de berilio. En el experimento ahora revelado, Polzik y sus colaboradores informaron (Nature, 27 de septiembre) de que habían entrelazado billones de átomos de cesio, divididos en dos nubes. Fue la primera vez que se creó una conexión de mecánica cuántica entre dos objetos de escala macroscópica. Pero el entrelazamiento también era mucho más débil. En el experimento, los investigadores dispararon un haz de luz de láser polarizada -los campos eléctricos de todos los fotones señalan en la misma dirección- a través de las dos nubes. Cada átomo de cesio actúa como un pequeño imán, y cada uno señala en una dirección diferente, pero, unidos, los átomos de la nube forman un imán débil. Cuando los fotones del láser atraviesan la primera nube, el campo magnético inclina sus campos eléctricos oscilantes. Al atravesar la segunda nube, los campos eléctricos de los fotones se inclinan todavía más. La medida de la inclinación final indica la relación entre los campos magnéticos de ambas nubes. En virtud de esta medida, las dos nubes se entrelazan. El entrelazamiento duró aproximadamente una milésima de segundo, un tiempo largo en los experimentos cuánticos.

Codificadores

Las dos nubes pueden ahora convertise en codificadores y descodificadores secretos. Si se envía un haz de láser a través de una de las nubes entrelazadas y otra nube de cesio, que contiene un mensaje, se destroza el mensaje, y esas dos nubes ahora están también entrelazadas. A continuación se transmite la información del haz de láser. El receptor construye un haz de láser idéntico, y lo dispara a través de la nube entrelazada y de otra nube más. Como el láser y la nube entrelazada son iguales a las del remitente, el mensaje aparece en esa última nube. Polzik dice que el siguiente paso es realizar el experimento de teleportación, que sería el primer ejemplo de teleportación de la materia. En 1998 un grupo científifo, en el que figuraba Polzik, teleportó fotones de un extremo de una mesa al otro.

[El físico español] J. Ignacio Cirac, de la Universidad de Innsbruck, Austria, considera que la nueva técnica podría abrir el campo a nuevos investigadores. 'El experimento es relativamente fácil', dice. Teleportar nubes atómicas podría ser un medio para almacenar información de los ordenadores cuánticos. Probablemente nunca se convierta en un medio de transporte. 'Es muy misterioso, pero no es Star Trek', explica Cirac. 'Está muy lejos de hacer algo por el estilo'.