¿Átomos o Bits?: el abismo real entre la teletransportación cuántica y la de materia

La teletransportación cuántica existe y funciona, pero no tiene nada que ver con lo que muestra Star Trek. Mientras el transportador de la serie convierte materia en energía y la reconstruye en otro lugar, la teletransportación cuántica transfiere información sobre el estado de una partícula sin mover ninguna materia.

Son dos conceptos que comparten nombre pero operan en dimensiones completamente distintas, según explica National Geographic.

Qué es la teletransportación cuántica y cómo surgió el término

Hace más de 30 años, un grupo de físicos necesitaba un nombre para una idea radicalmente nueva: transferir los estados cuánticos de átomos o partículas subatómicas a otras partículas distantes sin interactuar físicamente con ellas. Inspirados por la ciencia ficción, eligieron el término teletransportación cuántica.

Un estado cuántico es un concepto matemático que representa información sobre un átomo o una partícula subatómica, como el nivel de energía de un electrón o la polarización de un fotón. Lo que se transfiere en la teletransportación cuántica no es materia sino esa información.

Desde su formulación teórica, la idea pasó de ser un concepto abstracto a una realidad verificada experimentalmente. Los primeros experimentos a finales de la década de 1990 demostraron que los estados cuánticos podían transmitirse a través de distancias cortas.

Investigaciones posteriores ampliaron ese alcance hasta distancias cada vez mayores, incluso desde y hacia la órbita terrestre baja, como demostraron científicos chinos en 2017.

Qué es el entrelazamiento cuántico y por qué hace posible la teletransportación

El mecanismo que hace posible la teletransportación cuántica es el entrelazamiento cuántico, un fenómeno natural en el que partículas minúsculas quedan vinculadas entre sí a través de distancias infinitas. Cuando dos partículas están entrelazadas, su estado depende el uno del otro sin importar la distancia que las separe.

El ejemplo clásico para explicar cómo funciona involucra a dos investigadores, Alice y Bob, que comparten un par de partículas entrelazadas. Alice quiere enviar información a Bob. Prepara un qubit de datos con esa información y mide simultáneamente ese qubit y su mitad del par entrelazado, en lo que se conoce como medición en estado de Bell.

Ese proceso transfiere la información del qubit original a los otros dos qubits, pero destruye el qubit de datos original en el proceso. La medición de Alice produce información clásica, ceros y unos, que envía a Bob por un canal de comunicación tradicional.

Con esas instrucciones, Bob aplica una operación cuántica a su mitad del par entrelazado y obtiene exactamente el mismo estado que tenía el qubit original de Alice. La información se ha transferido. Es pertinente indicar que esto fue dado a conocer por el medio citado.

Daniel Oblak, científico de información cuántica de la Universidad de Calgary, lo comparó con las instrucciones para abrir una caja de bolas de nieve: “Para que sea realmente una bola de nieve, hay que girarla para que quede en la posición correcta”.

Por qué la información cuántica no se puede copiar

Hay un problema fundamental en la transmisión de información cuántica que la distingue de la información clásica. Simone Portalupi, investigador en comunicaciones cuánticas y miembro de QR.N, lo explicó con precisión: “Cuando mides un estado cuántico, lo alteras. Por lo tanto, no se puede clonar realmente la información cuántica”.

Esa limitación hace que la teletransportación cuántica sea especialmente valiosa. Al transferir estados cuánticos sin copiarlos ni moverlos físicamente, se convierte en un protocolo potencial para comunicar información cuántica entre ordenadores distantes y, eventualmente, construir una internet cuántica.

Qué es la computación cuántica y por qué necesita la teletransportación

Para entender la relevancia de la teletransportación cuántica, es necesario comprender cómo funciona la computación cuántica. Los ordenadores convencionales almacenan y procesan bits de datos codificados como 0 o 1.

Los ordenadores cuánticos usan qubits, que pueden combinar el cero y el uno en un estado cuántico hasta que se miden, un fenómeno conocido como superposición. Los qubits también pueden entrelazarse entre sí, de modo que medir uno afecta instantáneamente cómo se medirá otro.

Jason Orcutt, investigador científico principal de IBM Quantum, describió el potencial de esa tecnología: “Hay problemas muy difíciles, tan difíciles como la edad del universo, que no podremos resolver con la computación clásica”. Esta declaración y las otras fueron recogidas por National Geographic.

Los ordenadores cuánticos podrían simular el mundo molecular con una precisión notable, lo que permitiría diseñar procesos industriales más eficientes o nuevos materiales.

Ya existen ordenadores cuánticos comerciales, pero sus capacidades son limitadas. Construir sistemas más grandes y capaces de corregir errores de forma fiable requiere formas eficientes de transferir información cuántica, y ahí es donde la teletransportación se vuelve indispensable.

Finalmente, la teletransportación cuántica es una realidad científica que ya se aplica en laboratorios avanzados y redes de internet cuántico para enviar claves de seguridad. La de materia, en cambio, pertenece a la ciencia ficción: teletransportar un ser humano, que tiene aproximadamente 7 x 10²⁷ átomos, requeriría —según Gemini— más energía de la que produce el Sol en un segundo y una capacidad de almacenamiento de datos que hoy no existe.

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