Teleportación cuántica

Teletransporte cuántico

circulo1El sueño de la teleportación es ser capaz de viajar mediante la simple reaparición en un lugar distante […] Para hacer una copia de ese objeto en un lugar distante no se necesitan las partes y piezas originales; todo lo que se necesita es enviar la información escaneada, de modo que pueda usarse para reconstruir el objeto (Bowmeester et al, Nature 390 (1997) 575).

flecha ¡Pero ni Star Trek (no hay transporte de materia ni energía) ni fax cuántico (no se consigue disponer a la vez de un original y una copia de él)!

mirilla11 Problema: ¿Cómo obtener la información precisa sobre el original?

-Porque, a diferencia de lo que ocurre en el mundo clásico, en el cuántico las moléculas, átomos, electrones… están sujetos a la indeterminación cuántica

flecha Teorema de no-clonación de estados cuánticos:

espiral 1982, W. K. Wooters and W. H. Zurek, A single quantum cannot be clonedNature 299 (1982) 802 – 803.

circulo1 Abstract: If a photon of definite polarization encounters an excited atom, there is typically some nonvanishing probability that the atom will emit a second photon by stimulated emission. Such a photon is guaranteed to have the same polarization as the original photon. But is it possible by this or any other process to amplify a quantum state, that is, to produce several copies of a quantum system (the polarized photon in the present case) each having the same state as the original? If it were, the amplifying process could be used to ascertain the exact state of a quantum system: in the case of a photon, one could determine its polarization by first producing a beam of identically polarized copies and then measuring the Stokes parameters. We show here that the linearity of quantum mechanics forbids such replication and that this conclusion holds for all quantum systems.

espiral W. K. Wootters & W. H. Zurek: The No-Cloning theorem.

espiralThe No-Cloning theorem (n-Lab).

espiral D. Dieks, Communication in EPR devices, Physics Letters A 92 (1982) 271-272.

flecha Es imposible, en general, realizar una copia perfecta de un estado cuántico.

-Ya que, para copiarlo, habría que mirarlo, y entonces (postulado de proyección o colapso) se alteraría indefectiblemente: obtener la información cuántica requerida conlleva alterar las distribuciones de probabilidad para todos los observables complementarios a los medidos.
-O sea: si para copiarlo, lo miramos, destruimos el original: la duplicación es imposible.

-Sólo hay una excepción: se pueden clonar estados ortogonales. Por ejemplo, el análogo de un bit clásico: bien |0> , bien |1> ; o, también, un conjunto de estados mutuamente ortogonales, como un par \{ |0> , |1> \}. Pero no se puede clonar una superposición general \alpha |0> + \beta |1> , por la linealidad y la unitariedad requeridas, véase:

espiral A. Galindo, El extraño y prodigioso mundo de los quanta.

flecha Solución: el entrelazamiento. En 1993, Bennet sugirió usar el entrelazamiento cuántico para lograr el teletransporte:

espiral C. H. Bennett, G. Brassard, C. Crépeau, R. Jozsa, A. Peres, and W. K. Wootters, Teleporting an unknown quantum state via dual classic and Einstein?Podolsky?Rosen channels, Phys. Rev. Lett. 70 (1993) 1895-1899.

Experimentos: Teletransportando con fotones

mirilla11 Las dos realizaciones experimentales pioneras del fenómeno del teletransporte cuántico fueron:

flecha 1997: Innsbruck (equipo de Zeilinger et al); 1998: Roma (equipo de Martini et al):

espiral Bowmeester,  Pan, Matle, Eibl, Weinfurter and Zeilinger, Experimental quantum teleportation, Nature 390 (1997) 575:
circulo1The dream of teleportation is to be able to travel by simply reappearing at some distant location. An object to be teleported can be fully characterized by its properties, which in classical physics can be determined by measurement. To make a copy of that object at a distant location one does not need the original parts and pieces, all that is needed is to send the scanned information so that it can be used for reconstructing the object. But how precisely can this be a true copy of the original? What if these parts and pieces are electrons, atoms and molecules? What happens to their individual quantum properties, which according to the Heisenberg’s uncertainty principle cannot be measured with arbitrary precision? 
circulo1 Abstract: Quantum teleportation ? the transmission and reconstruction over arbitrary distances of the state of a quantum system ? is demonstrated experimentally. During teleportation, an initial photon which carries the polarization that is to be transferred and one of a pair of entangled photons are subjected to a measurement such that the second photon of the entangled pair acquires the polarization of the initial photon. This latter photon can be arbitrarily far away from the initial one. Quantum teleportation will be a critical ingredient for quantum computation networks.

espiral Boschi, D., Branca,S., De Martini, F., Hardy, L. and Popescu, S., Experimental realization of teleporting an unknown pure quantum state via dual classical and Einstein-Podolsky-Rosen channels, Phys. Rev. Lett. 80 (1998) 1121-1125.
circulo1 Abstract: We report on a quantum optical experimental implementation of teleportation of unknown pure quantum states. This realizes all the nonlocal aspects of the original scheme proposed by Bennett et al. and is equivalent to it up to a local operation. We exhibit results for the teleportation of a linearly polarised state and of an elliptically polarised state. We show that the experimental results cannot be explained in terms of a classical channel alone.

flecha ¡Teletransporte HECHO! (pero se destruye el original: no hay duplicación).

mirilla11 En la base de polarización Horizontal (H\equiv \leftrightarrow) / Vertical (V\equiv \updownarrow) el estado genérico superposición de un fotón es (en ausencia de medida, no realiza ninguna de sus dos posibilidades):

|\Psi>=\alpha \, |\leftrightarrow \ >+ \beta \, |\updownarrow \ >
-Normalización: \alpha^2 + \beta^2=1

mirilla11 En términos de información: un qubit:

-Investigación Ciencia, Temas 31, p. 34.
-Investigación Ciencia, Temas 31, p. 34.

mirilla11 El teletransporte requiere emplear estados entrelazados.

mirilla2 Recordemos: en un estado entrelazado, por ejemplo, en el estado de Bell

| \Psi^-(1,2) > = \frac{1}{\sqrt{2}}(| \leftrightarrow_1 \, \updownarrow_2 > - | \updownarrow_1 \leftrightarrow_2 >)

(en términos de información, un ebit)

hay propiedades que presentan una correlación perfecta en su medida: Al medir las polarizaciones de cada uno de los fotones en un par de ellos enredados, según una dirección cualquiera, los respectivos resultados están siempre correlacionados: si uno sale H , el otro sale V , y viceversa.

-Es decir, la manera correcta de enunciar la situación sería:
flechaSiempre se obtiene correlación perfecta sobre un par entrelazado: al realizar sendas medidas de la correspondiente propiedad sobre cada partícula, los resultados (producidos el uno respecto al otro bien antes, bien después, o al mismo tiempo, según el sistema de referencia concreto elegido) se hallan siempre correlacionados.

flecha Medida conjunta no local estocástica.

mirilla2Obsérvese que en esta superposición o combinación lineal, ninguna de las dos partículas se asocia con un valor definido (?sharp? value) del observable polarización.

mirilla2La expresión anterior corresponde a un estado entrelazado para dos fotones, que son bosones de espín s=1, para los cuales sólo son posibles los valores m=+1, polarización circular levógira, y m=-1, polarización circular dextrógira, para el número cuántico de tercera componente (m=0 está prohibido por requisitos relativistas; puede obtenerse luz polarizada linealmente mezclando a partes iguales luz polarizada circularmente a derechas e izquierdas).

mirilla11Según vimos antes (ver entrada sobre entrelazamiento), para el estado de Bell | \Psi^{-}> , cada qubit individual se encuentra en un estado mezcla: no se dispone de información maximal sobre él.

flechaExpresiones de los 4 estados de Bell o pares EPR:

| \Psi^{\pm}(A,B)>=\frac{1}{\sqrt{2}}( | 0_A 1_B > \pm | 1_A 0_B > )\ne |\psi(A)> \otimes \; | \psi(B)> | \Phi^{\pm}(A,B)>=\frac{1}{\sqrt{2}}( | 0_A 0_B > \pm | 1_A 1_B > )\ne |\phi(A)> \otimes \; | \phi(B)>

mirilla11 Obtención de fotones entrelazados: proceso SPDCConversión paramétrica a la baja:
-Cuando un haz láser atraviesa determinados cristales no-lineales (como el borato de Bario beta), el cristal, de cuando en cuando, convierte un fotón incidente ultravioleta en dos de menor energía, con polarizaciones lineales correlacionadas, en un estado entrelazado:

IC_SPDC-1-Wikipedia
SPDC

-Es un proceso denominado de conversión descendente, paramétrica y espontánea (SPDC: Spontaneous parametric down-conversion), en el que un cristal convierte al azar un fotón incidente en un par de fotones correlacionados; el estado del cristal no se altera en el proceso, de forma que no interviene en las ecuaciones de conservación de energía y momento.

-Se trata de un proceso espontáneo que se ha convertido en un mecanismo experimental muy usado para la producción de estados monofotónicos (estados de Fock) y pares de fotones entrelazados.

Teletransporte: desarrollo teórico

espiral Fuente: La exposición siguiente sigue básicamente la referencia de A. Zeilinger en Investigación y Ciencia:

espiral A. Zeilinger, Teletransporte cuántico, Investigación y Ciencia, Temas 31, pp. 46-54.

mirilla11 El propósito es teletransportar un fotón X (el estado de un fotón):

|\Psi(X)>=\alpha \, |\leftrightarrow \ >+ \beta \, |\updownarrow \ >

(en términos de información, un qubit)

-Alicia, en el lugar L1, desea que Benito, en L2, tenga un fotón con igual estado de polarización que el X que ella tiene y el cual desconoce, porque si lo mide alterará este estado sin lograr conocerlo.

-“Conocer el estado del fotón” significa conocer los valores de \alpha y de \beta, que son números complejos (se requieren pues los dos módulos y la fase relativa).

-Si el fotón X hubiese sido preparado en uno de los dos estados ortogonales de la base, entonces no habría que teletransportarlo para que Benito dispusiera de otro idéntico: bastaría informar de ello a Benito, por un canal clásico, y sin más él podría preparar otro igual: un fotón H (\leftrightarrow) o V (\updownarrow): casos \alpha=0 y \beta=1 , o \alpha=1 y \beta=0 , respectivamente.

mirilla11 Se inicia el experimento disponiendo de dos fotones A y B entrelazados, producidos por ejemplo mediante SPDC:

-Un colaborador, en L3, dispone de un par de fotones A y B enredados en el estado de Bell \Psi^- ,

| \Psi^-(A,B)>=\frac{1}{\sqrt{2}}(|\leftrightarrow_A \updownarrow_B > - | \updownarrow_A \leftrightarrow_B >)\ne | \psi(A)>\otimes \;|\psi (B)> ,

que preserva (¡los aísla de interacciones, manteniéndolos aislados del entorno!), enviándole uno de ellos a Alicia (fotón A) y el otro a Benito (fotón B).

mirilla11A mide conjuntamente (en L1) los fotones A y X, entrelazándolos: para ello usa un divisor de haz, o espejo semirreflector, sobre el cual cada fotón que incide tiene un 50% de probabilidad de reflejarse (y otro 50% de transmitirse). Convenientemente lanzados, dos fotones indistinguibles que llegan simultáneamente al espejo tienen un 25% de probabilidad de producir posteriormente detección en dos detectores (ver figura adjunta); en el 75% de las veces restantes sólo un detector da señal.

divisordehaz
Imagen de Investigación y Ciencia.

flecha Se trata de una medición conjunta, a dos qubits, o medida de detección en coincidencia (medición de estados de Bell), de la que no se obtiene información sobre las polarizaciones individuales (no estaban enredados antes de la medición, sí después: X ha cambiado):

espiral G. Weihs and A. Zeilinger, Photon statistics at beam splitters: an essential tool in quantum information and teleportation.

mirilla2Nota: sobre divisores de haz, además de la correspondiente entrada de estos apuntes, puede consultarse, por ejemplo:

espiral C. H. Holbrow, E. Galvez and M. E. Parks, Photon quantum mechanics and beam splittersAm. J. Phys. 70, 3 (2002) 260.

IC-Flat_metal-coated_beamsplitter_Wikipedia
Beam splitter: imagen de la Wikipedia.

espiral Splitting a Light Beam in Two:  http://physics.aps.org/story/v18/st14

espiral Interferencia bifotónica:
http://www.up.ac.pa/ftp/2010/f_ciencias/tecnociencias/volumen8-1/Articulo11.pdf

mirilla11 Teletransportando:

espiral  A. Zeilinger, Teletransporte cuántico, Investigación y Ciencia, Temas 31, pág. 52:

circulo1Un divisor de haces, o espejo semirreflector, refleja la mitad de la luz que incide en él y transmite la otra mitad. Cada fotón tiene una probabilidad de mitad y mitad de reflejarse o de transmitirse. Si dos fotones idénticos inciden en el divisor de haz al mismo tiempo, uno por cada cara, las partes reflejada y transmitida interferirán y los fotones perderán sus identidades individuales. Detectaremos un fotón en ambos detectores el 25% de las veces, y será entonces imposible decir si ambos fotones se reflejaron o transmitieron. Sólo se mide la propiedad relativa: que han ido a detectores diferentes.

(…) Supongamos que los dos fotones dan en lados opuestos del espejo, alineadas sus trayectorias de forma que el camino de un fotón reflejado coincida con el de uno transmitido al otro, y viceversa. Un detector espera al final de cada trayectoria. Por norma, los dos fotones se reflejarán independientemente y habrá una probabilidad del 50% de que acaben en detectores distintos. Pero si los fotones son indistinguibles y llegan al espejo en el mismo instante, habrá una interferencia: se anularán ciertas posibilidades y no se producirán, en tanto que otras se reforzarán y se producirán más a menudo. Cuando los fotones interfieren, sólo hay una probabilidad del 25% de que terminen en detectores distintos. Además, cuando acaban en detectores distintos, equivale a detectar uno de los 4 posibles estados de Bell de los dos fotones, ése en que Alicia, decíamos, tenía “suerte”. El 75% restante del tiempo los dos fotones terminan en un mismo detector, lo que corresponde a los otros tres estados de Bell, si bien no se discrimina entre ellos.

Cuando Alicia detecta simultáneamente un fotón en cada detector, el de Benito se convierte al instante en una copia del fotón original de Alicia, X.

mirilla11 En efecto: antes de esa medición conjunta sobre A y X el estado de las tres partículas era:

|\Psi(X,A,B)>=|\psi(X)> \otimes \;|\Psi^-(A,B)>
 
=\frac{\alpha}{\sqrt{2}}(|\leftrightarrow_X \leftrightarrow_A \updownarrow_B >-|\leftrightarrow_X \updownarrow_A \leftrightarrow_B >)
 
+\frac{\beta}{\sqrt{2}}(|\updownarrow_X\leftrightarrow_A \updownarrow_B>-|\updownarrow_X \updownarrow_A \leftrightarrow_B>)

=\frac{1}{2}|\Psi^-(X,A)> (-\alpha | \leftrightarrow_B> -\beta | \updownarrow_B >)

+\frac{1}{2}| \Psi^+(X,A)> (-\alpha | \leftrightarrow_B>+\beta | \updownarrow_B >)
 
+\frac{1}{2}| \Phi^-(X,A)> (+\beta | \leftrightarrow_B>+\alpha | \updownarrow_B >)

+\frac{1}{2}| \Phi^+(X,A)> (-\beta | \leftrightarrow_B>+\alpha | \updownarrow_B >)
 
mirilla11 Y hay cuatro posibles resultados para la medida conjunta que hace Alicia sobre los fotones A y X: los 4 estados de Bell:

flecha Los dos fotones (X,A) pasan a estar, después de su medida conjunta por el divisor de haz (“medición de los estados de Bell”), en uno de los 4 estados de Bell, que son mutuamente ortogonales:

| \Psi^{\pm}(X,A)>=\frac{1}{\sqrt{2}}( | \leftrightarrow_X \updownarrow_A > \pm | \updownarrow_X \leftrightarrow_A > )\ne |\psi(X)> \otimes \; | \psi(A)>

| \Phi^{\pm}(X,A)>=\frac{1}{\sqrt{2}}( | \leftrightarrow_X \leftrightarrow_A > \pm | \updownarrow_X \updownarrow_A > )\ne |\phi(X)> \otimes \; | \phi(A)>
 
-El 25% de las veces hay detección conjunta: corresponde al caso en que los fotones A y X han quedado en el estado de Bell \Psi^- , que es el único de los 4 con simetría fermiónica. Y éste es el caso en que Benito ya tiene un fotón copia del X.

flecha Son las interferencias cuánticas (se trata de partículas indistinguibles) las que hacen que la probabilidad de detección conjunta, es decir, que den señales en coincidencia los dos detectores, sea del 25%.

-El caso es que, después de la medida de Bell que hace Alicia en L1, el fotón B (que está en L2) está correlacionado con el par (A,X) (ambos en L1) por lo que, por la medición de Bell que ha hecho Alicia en L1 sobre los fotones X y A, el fotón B de Benito en L2 ha de haber colapsado a una de las cuatro posibilidades expresadas en los cuatro sumandos anteriores.

-el segundo factor en el primer sumando (naranja), salvo fase, es justamente el estado original inicial del fotón X, y va acompañado, en la combinación lineal, del estado de Bell del par (X,A) que corresponde precisamente a cuando los dos detectores señalan en el divisor de haz.
-B está correlacionado con los estados de Bell del par X,A: es decir, al determinar, midiendo sobre el par (X,A), cuál estado de Bell se obtiene, se sabe en qué estado se halla B. Existe, pues, una correlación perfecta entre ambas partes del sistema, que están así entrelazadas o enredadas.

mirilla11 Con esa medida, el fotón B de Benito queda:

– bien en el estado original del X (en ese 25% de detección por los dos detectores),

– bien en ese estado mismo estado girado respecto a uno de los tres ejes (las restantes 75%, en que sólo un detector señala).

espiral A. Acín, Investigación y Ciencia, septiembre 2006, p. 81:

circulo1 Puesto que Bob tampoco puede determinar cuál es el estado cuántico de su sistema individual, puede parecer que se exige un acto de fe en la Mecánica Cuántica para aceptar que el estado de partida, desconocido, ha sido correctamente copiado en otro estado también desconocido. Pero todo esto puede comprobarse experimentalmente. Basta que un cuarto observador proporcione a Alice un gran número de sistemas individuales en el mismo estado puro \psi(X)(es decir, idénticamente preparados de forma maximal). Alice reúne cada uno de ellos con la partícula a de una serie de pares auxiliares AB, efectúa una medición para ver cual es el estado de Bell que se obtiene en cada caso, e informa del resultado a Bob, que efectúa la correspondiente transformación sobre la partícula B del mismo par. Según la Mecánica Cuántica, el resultado en el punto L2 es una colección de sistemas individuales, todos ellos en el estado \psi(B) , que debe ser igual al de partida. Disponiendo ahora de muchos sistemas individuales, es posible determinar sin ambigüedad cual es su estado cuántico, y comprobar si la predicción teórica es confirmada o no. Los experimentos citados al principio confirman que la respuesta es afirmativa.

-En ese 75%, B sólo necesitaría girar la polarización de su fotón para tener la copia duplicada.

¿Cómo sabe que ha de hacer? ? esperando que, por un canal clásico, Alicia le informe de cuál fue, de las 4 posibilidades, el resultado de Bell que obtuvo.

-De hecho, es complicado para Alicia determinar cuál estado de Bell ha obtenido, salvo en el 25% en que hay detección conjunta, por los dos detectores? Hay que hacer más complejo el experimento para superar esta dificultad.

flecha Finalmente, pueden estar seguros de que el fotón B está en el estado en que estaba X (aunque, al final, X ya no sigue en ese estado, ha cambiado, y ni A ni B conocen el estado, en general).

mirilla11 Hacia L2, sólo ha viajado:
-un fotón (el B), desde L3.
-información por un canal clásico, desde un sitio arbitrario.
(Alicia puede contactar con Benito desde cualquier sitio)

Transmisión de información cuántica, 1 qubit, por medio de un estado entrelazado y 2 bits clásicos.

espiral A. Acín, Investigación y Ciencia, septiembre 2006, p. 81:
circulo1Alguien pudiera inferir que la teleportación implica que un bit cuántico es equivalente a dos bits clásicos. Una deducción falsa. Si el emisor quisiera especificarle el bit cuántico al receptor por medio de información clásica, tendría que dar una dirección en la esfera de Poincaré. Para hacerlo con buena precisión, se requeriría un gran número de bits clásicos (infinitos para bit cuántico que envía).
circulo1El entrelazamiento compartido por las dos partes es el recurso esencial en que se basa la teleportación. Esta se consume una vez el receptor ha reconstruido el bit cuántico: el entrelazamiento no sobrevive tras el final del proceso.
circulo1 Debemos retener lo siguiente: si emisor y receptor comparten un estado de dos qubits máximamente entrelazado, será posible el envío de un qubit sin errores por medio de la teleportación.
circulo1 Una pregunta surge de modo natural: ¿de qué forma emisor y receptor consiguen establecer el entrelazamiento inicial requerido para la teleportación? El emisor puede, en principio, preparar el estado localmente y enviar al receptor uno de los dos bits cuánticos. Sin embargo, debe hacerlo a través del canal que poseen, que es ruidoso. Recordemos que se debe crear una superposición coherente de 00 y 11; los mecanismos generadores de decoherencia del canal repercutirán en el estado enviado; emisor y receptor acabarán compartiendo una versión ruidosa del estado deseado, que no permitirá una teleportación perfecta.

mirilla11 Detalles prácticos:

Innsbruck2007
Imagen de Investigación y Ciencia.

espiralCf. Investigación y Ciencia, Temas 31, A. Zeilinger, Teletransporte cuántico, pp. 46-54:

-En la realización experimental se generaba un segundo par de fotones entrelazados, C y D; el segundo de éstos, D, se prepara en el estado X a teletransportar; para ello se le pasa por un polarizador (momento a partir de cual ya no está enredado con el C); cuando se detecta el fotón C, se sabe que sabe que Alicia ya dispone del X (antes D).
-Entonces procede a la medida conjunta de A y X, combinándolos con un divisor de haz; cuando detecta un fotón en cada detector (25%), se lo notifica a Benito por un canal clásico.
-Benito, para comprobar que ha habido teletransporte, usa un polarizador y comprueba que el resultado es la polarización que en que se había preparado al X (?si se le da a Alicia el fotón D=X sin polarizar, de manera que sigue entrelazado con el C, entonces, cuando el teletransporte tiene éxito, el fotón B de Benito acaba entrelazado con el C: se teletransmite de A a B el enredo con C?).
-Nota: luego aquí sí se conoce el estado de X (dice Zeilinger: ?aunque nosotros lo sabemos, Alicia no lo sabe?). Alcaine solventa la cuestión recurriendo a las copias idénticamente preparadas:

espiral Alcaine, Teleportación: realidad y ficción, Rev. Españ. de Fís. 12, 1 (1998) 6:
circulo1 Queda por comprobar que el estado teleportado coincide realmente con el de partida, cualquiera que sea éste. Para ello el experimento se repite muchas veces con fotones X de una misma polarización conocida, y se comprueba si los fotones B (en los casos en que el par (A,X) se encuentra en el estado \Psi^-(A,X) ) tienen dicha polarización, identificando y descontando las posibles fuentes de error. Tras repetir la tanda de experimentos con distintas polarizaciones iniciales (lineales y circulares), se concluye que, en todos los casos, el estado de polarización final del fotón B coincide con el estado de partida del fotón X, tal como predice la Mecánica Cuántica.
-Dice también Alcaine:
circulo1Aunque en principio podría determinarse en cual de los cuatro estados de Bell se encuentra el par (A,X), en esta primera realización experimental se han seleccionado sólo los casos en que al efectuar una medición adecuada sobre el par (A,X) , éste se encuentra en el estado \Psi^-(A,X), que es el más fácil de medir experimentalmente. En estos casos el fotón B del par inicialmente enredado se encuentra ya en el mismo estado que el fotón X de partida: la teleportación del estado se consigue pues como máximo en una cuarta parte de los casos (de hecho, sólo en ciertos casos llegan ambos fotones X, A al detector dentro de un umbral temporal adecuado, con lo que el porcentaje de casos en los que la teleportación se consigue es inferior al 25% ideal).

mirilla11 Resultados:

-El estado del fotón X ha sido transferido al fotón B de Benito.
-Ni Alicia ni Benito saben cuál estado es ése, en general.
-El principio de indeterminación impide determinar el estado cuántico de una partícula por completo, pero no teletransportarlo (siempre que no obtengamos información sobre dicho estado).
-Se ha transportado 1 qubit de información.
-Se ha destruido el estado original (del fotón X).
-Se necesita un canal dual cuántico/clásico

-Es interesante notar que el canal cuántico permite transferir de manera sencilla una cantidad en principio infinita de información clásica, debido a que el estado ? podría ser una superposición de estados con coeficientes transcendentes (que para ser definidos en sistema binario requieren una secuencia infinita de ceros y unos).

flecha Importante:

-No hay transmisión de materia o energía a distancia.
-No hay transmisión instantánea de información (¡no v > c!).
-Se teletransporta el estado cuántico de un sistema, destruyendo el original.

2007, 2012: Teletransportando con fotones entre las Islas Canarias

espiral R. Ursin et alEntanglement-based quantum communication over 144 kmNature Physics 3 (2007) 481-486.

circulo1 Abstract: Quantum entanglement is the main resource to endow the field of quantum information processing with powers that exceed those of classical communication and computation. In view of applications such as quantum cryptography or quantum teleportation, extension of quantum-entanglement-based protocols to global distances is of considerable practical interest. Here we experimentally demonstrate entanglement-based quantum key distribution over 144 km. One photon is measured locally at the Canary Island of La Palma, whereas the other is sent over an optical free-space link to Tenerife, where the Optical Ground Station of the European Space Agency acts as the receiver. This exceeds previous free-space experiments by more than an order of magnitude in distance, and is an essential step towards future satellite-based quantum communication and experimental tests on quantum physics in space.

espiral Xiao-song Ma et al, Quantum teleportation using active feed-forward between two Canary Islands , Nature 489 (2012) 269-273: http://www.nature.com/nature/journal/v489/n7415/abs/nature11472.html ; http://arxiv.org/pdf/1205.3909.pdf.

circulo1 Abstract: The quantum internet is predicted to be the next-generation information processing platform, promising secure communication and an exponential speed-up in distributed computation. The distribution of single qubits over large distances via quantum teleportation is a key ingredient for realizing such a global platform. By using quantum teleportation, unknown quantum states can be transferred over arbitrary distances to a party whose location is unknown. Since the first experimental demonstrations of quantum teleportation of independent external qubits, an internal qubit and squeezed states, researchers have progressively extended the communication distance. Usually this occurs without active feed-forward of the classical Bell-state measurement result, which is an essential ingredient in future applications such as communication between quantum computers. The benchmark for a global quantum internet is quantum teleportation of independent qubits over a free-space link whose attenuation corresponds to the path between a satellite and a ground station. Here we report such an experiment, using active feed-forward in real time. The experiment uses two free-space optical links, quantum and classical, over 143?kilometres between the two Canary Islands of La Palma and Tenerife. To achieve this, we combine advanced techniques involving a frequency-uncorrelated polarization-entangled photon pair source, ultra-low-noise single-photon detectors and entanglement-assisted clock synchronization. The average teleported state fidelity is well beyond the classical limit of two-thirds. Furthermore, we confirm the quality of the quantum teleportation procedure without feed-forward by complete quantum process tomography. Our experiment verifies the maturity and applicability of such technologies in real-world scenarios, in particular for future satellite-based quantum teleportation.

espiral Max-Planck Institute for Quantum Optics: http://www.mpq.mpg.de/4860079/12_09_06?c=4571681

http://arxiv.org/pdf/1205.3909.pdf
Teletransporte entre La Palma y Tenerife (2007, 144 km) (imagen: credit: Institute for Quantum Optics and Quantum Information).

 

IC-Canary_islands_teleportation_arXiv
Imagen de archivo quant-ph ArXiv.

espiral La noticia en los medios de comunicación: MITEl País y blogs.

…Experimentos: Teletransportando también con átomos

espiral M. Riebe et al, Deterministic quantum teleportation with atoms, Nature 429 (2004) 734-737.

espiral M. D. Barret et alDeterministic quantum teleportation of atomic qubits, Nature 429 (2004) 737.

espiral S. Olmschenk et al, Quantum Teleportation between Distant Matter Qubits, Science 323, 486 (2009).

circulo1 Abstract: Quantum teleportation is the faithful transfer of quantum states between systems, relying on the prior establishment of entanglement and using only classical communication during the transmission. We report teleportation of quantum information between atomic quantum memories separated by about 1 meter. A quantum bit stored in a single trapped ytterbium ion (Yb+) is teleported to a second Yb+ atom with an average fidelity of 90% over a replete set of states. The teleportation protocol is based on the heralded entanglement of the atoms through interference and detection of photons emitted from each atom and guided through optical fibers. This scheme may be used for scalable quantum computation and quantum communication.

Otras referencias

espiral Nuevo récord (2015, 62 millas) en teletransporte: Science , Physics Org.

espiralAvances en teletransporte cuántico: Nature.

espiral Primer teletransporte simultáneo de dos propiedades cuánticas: espín y momento angular orbital fotónicos (2015, Physics World).

Discusión filosófica

mirilla11 Teletransportando… ¿una oveja?

-Si teletransportamos los estados cuánticos de todas los elementos (moléculas, átomos, electrones…) de una oveja, aunque destruimos la oveja original, tenemos otra ?idéntica? (¿Dolly bis?).

flecha ¿Una identidad individual de un ser vivo contiene algo más?
(Nota: para teletransportar un objeto de unos pocos gramos habría que teletransportar en torno a 10^{30} bits de datos).

-en MC, partículas en el mismo estado cuántico son indistinguibles.
-un problema: se teletransportan estados cuánticos puros, que son unos estados muy frágiles…

 Bibliografía

 

 

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