Los investigadores transmiten imágenes de forma segura a través de la red utilizando solo luz

Resumen informativo

• Un equipo internacional de investigadores demuestra la transmisión de «patrones» de luz similar a la teletransportación.
• Se dice que esta demostración es el primer enfoque que puede transmitir imágenes a través de una red sin enviar realmente la imagen, y un paso crucial hacia la realización de una red cuántica de estados entrelazados de alta dimensión.
• Los miembros del equipo incluyeron científicos de la Universidad de Witwatersrand, Johannesburgo, y del ICFO – Instituto de Ciencias Fotónicas, España.
• Imagen e historia: Universidad de ingenio

Comunicado de prensa – Nature Communications ha publicado una investigación realizada por un equipo internacional de la Universidad de Witwatersrand, Johannesburgo, y el ICFO – Instituto de Ciencias Fotónicas, España, que demuestra la transmisión de «patrones» de luz similares a la teletransportación: este es el primer enfoque que puede transmitir imágenes a través de una red sin enviar realmente la imagen, lo cual es un paso crucial hacia la realización de una red cuántica de estados entrelazados de alta dimensión.

La comunicación cuántica a largas distancias es una parte integral de la seguridad de la información y se ha demostrado utilizando estados bidimensionales (qubits) a distancias muy largas entre satélites. Esto puede parecer suficiente si lo comparamos con su contraparte clásica, es decir, enviar bits que pueden codificarse como 1 (señal) y 0 (sin señal), uno tras otro. Sin embargo, la óptica cuántica nos permite ampliar el alfabeto y describir de forma segura sistemas más complejos en una sola toma, como una huella digital o un rostro únicos.

«Tradicionalmente, dos partes en comunicación en realidad enviaban información de una parte a otra, incluso en el mundo cuántico», dice el profesor Andrew Forbes, investigador principal de la Universidad Wits. «Ahora es posible transmitir información de manera tan instantánea que en realidad no se transmite a través de la comunicación: la tecnología 'Star Trek' es real». Desafortunadamente, la teletransportación sólo se ha demostrado a través de estados 3D (imagínense un holograma) y, por lo tanto, requiere fotones entrelazados adicionales para alcanzar dimensiones más altas.

En esta investigación, el equipo realizó la primera demostración experimental de teletransportación cuántica para estados de alta dimensión utilizando sólo dos fotones entrelazados como recurso cuántico, lo que dio como resultado que la información pareciera ser «teletransportada» del remitente al receptor. Para lograr este avance, el equipo utilizó un detector óptico no lineal que evita la necesidad de fotones adicionales, pero funciona con cualquier «patrón» que deba transmitirse.

Informan de un nuevo estado de 15 dimensiones, con posibilidad de expandir el esquema a dimensiones superiores, allanando el camino para las comunicaciones en redes cuánticas con alta capacidad de información.

Aplicaciones prácticas en el entorno bancario
Imagine que un cliente quiere enviar información confidencial a un banco, tal vez una huella digital. En las comunicaciones cuánticas tradicionales, la información debe enviarse físicamente desde el cliente al banco, con el riesgo de interceptación siempre presente (incluso si es seguro). En un esquema de transmisión cuántica propuesto recientemente, el banco envía un único fotón (uno de un par entrelazado) sin ninguna información al cliente, lo que lo confunde en un detector no lineal con la información que se va a enviar. Como resultado, la información aparece en el banco exactamente como si hubiera sido transferida allí. En realidad, no se envía información entre las dos partes, por lo que la interceptación es infructuosa, mientras que el vínculo cuántico que conecta a las dos partes se crea mediante el intercambio de fotones cuánticos entrelazados.

«Este protocolo tiene todas las características de la teletransportación excepto por un elemento esencial: requiere un rayo láser brillante para que el detector no lineal sea efectivo, de modo que el remitente pueda saber lo que se está transmitiendo, pero no necesita saberlo», explica. Forbes. «En este sentido, no se trata estrictamente de teletransportación, pero podría suceder en el futuro si el detector no lineal se puede hacer más eficiente». Incluso en el estado actual, abre un nuevo camino para interconectar redes cuánticas, lo que lleva al uso de la óptica cuántica no lineal como recurso.

“Teletransportación” de imágenes a través de la luz

«Esperamos que este experimento que demuestra la viabilidad del proceso estimule mayores avances en la comunidad de la óptica no lineal al ampliar los límites hacia la implementación cuántica total», afirma el Dr. Adam Valles del ICFO (Barcelona), uno de los líderes del proyecto que trabajó. En el experimento durante una beca postdoctoral en la Universidad de Wits.

«Tenemos que tener cuidado ahora, porque esta configuración no puede impedir que el remitente tramposo guarde mejores copias de la información para ser teletransportada, lo que significa que podríamos terminar con muchas copias del Sr. Spock en el universo de Star Trek si eso es lo que Scotty quería.» .

En la práctica, la configuración que demostramos actualmente se puede utilizar para crear un canal seguro de alta dimensión para comunicaciones cuánticas entre dos partes, siempre que el protocolo no necesite alimentarse con fotones individuales, como es el caso del protocolo. El caso de los repetidores cuánticos.

Aprobación de la investigación doctoral
«Realizar estos experimentos de prueba de concepto utilizando la tecnología actualmente disponible ha sido un viaje interesante, y agradecemos a la Dra. Berenice Sifton de Wits por su determinación y el amplio conjunto de habilidades necesarias para domar a una bestia tan experimental», añade Valles. Es un verdadero esfuerzo de laboratorio que debe ser aplaudido”.

Puedes leer el artículo completo aquí: Transferencia cuántica de información espacial de alta dimensión utilizando un detector no lineal. Comunicaciones de la naturaleza