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Físicos teletransportan información cuántica al interior de un diamante


Lo que alguna vez fue considerado por la gente como ciencia ficción ahora está teniendo lugar en nuestros laboratorios: Un equipo de físicos de la Universidad Nacional de Yokohama, Japón, ha demostrado con éxito la teletransportación cuántica; el intercambio remoto de estados cuánticos, en un diamante.

¿Teletransportación Cuántica?
La teletransportación cuántica es un principio clave para la tecnología de información cuántica. Permite la transferencia de información cuántica a un espacio que de otra forma sería literalmente inaccesible. También permite la transferencia de información a una memoria cuántica sin revelar o destruir la información cuántica almacenada.

El espacio inaccesible, en este caso, consistía en átomos de carbono de un diamante. Constituido en su estructura por átomos de carbono enlazados, pero individualmente contenidos, un diamante contiene los ingredientes perfectos para la teletransportación cuántica.

Un átomo de carbono tiene seis protones y seis neutrones en su núcleo, rodeado de seis electrones giratorios. Cuando los átomos se unen en un diamante, forman una celosía notoriamente fuerte.

Sin embargo, los diamantes tienen defectos complejos cuando existe un átomo de nitrógeno en una de las dos vacantes adyacentes donde deberían estar los átomos de carbono. Este defecto se llama centro de vacantes de nitrógeno.

Rodeado de átomos de carbono, la estructura del núcleo del átomo de nitrógeno crea lo que los físicos llaman un nanomagneto.

El estudio
Para manipular un electrón y un isótopo de carbono en el espacio vacante, el profesor Kosaka y sus colegas de investigación conectaron un cable, de aproximadamente un cuarto del ancho de un cabello humano, a la superficie de un diamante.

Los investigadores aplicaron un microondas y una onda de radio al cable para construir un campo magnético oscilante alrededor del diamante.

Dieron forma al microondas para crear las condiciones óptimas y controladas para la transferencia de información cuántica dentro del diamante.

Luego utilizaron el nanomagneto de nitrógeno para anclar un electrón.

Usando el microondas y las ondas de radio, forzaron el giro del electrón para que se enredara con el giro nuclear del carbono: el momento angular del electrón y el núcleo de un átomo de carbono.

El espín del electrón se rompe bajo un campo magnético creado por el nanomagneto, lo que le permite volverse susceptible al enredo.

Una vez que las dos piezas están enredadas, significa que sus características físicas están tan entrelazadas que no se pueden describir individualmente, entonces se aplica un fotón que contiene información cuántica y el electrón absorbe al fotón.

Esta absorción permite que el estado de polarización del fotón se transfiera al carbono, que está mediado por el electrón enredado, lo que da como resultado literario una teleportación de información a nivel cuántico.

Conclusiones
Todo esto parece un acto de magia de una clasica pelicula de ciencia ficción, pero como todos tenemos claros en física; la realidad supera con creces la ficción. Esto se está realizando a nivel experimental en los laboratorios. La comunicación y teletransportación cuántica ahora es una realidad en nuestro mundo.

“El éxito del almacenamiento de fotones en el otro nodo establece el entrelazamiento entre dos nodos adyacentes. Llamados repetidores cuánticos, el proceso puede llevar fragmentos individuales de información de nodo a nodo, a través del campo cuántico”, dijo el profesor Hideo Kosaka, autor principal del estudio.

"Nuestro objetivo final es lograr repetidores cuánticos escalables para comunicaciones cuánticas a larga distancia y computadoras cuánticas distribuidas para computación cuántica a gran escala y metrología".

Crédito de la imagen: Tsurumoto.

Referencia del documento científico:
Kazuya Tsurumoto et al. 2019. Teletransportación cuántica - transferencia basada en el estado de la polarización de fotones en un espín de carbono en diamante. Communications Physics 2, número de artículo: 74; doi: 10.1038 / s42005-019-0158-0

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