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Rompen nuevo récord al teletransportar información cuántica

Físicos de la Universidad de Viena y de la Academia de Ciencias de Austria han logrado producir una teletransportación cuántica con una distancia récord de 143 kilómetros. El experimento debe ser considerado como un gran paso hacia la comunicación cuántica por medio de la utilización de satélites.

El equipo internacional está encabezado por el físico austriaco Anton Zeilinger quien, con éxito, pudo transmitir estado cuánticos entre dos las islas Canarias: la de Palma y la de Tenerife, a una distancia de 143 kilómetros. El récord previo fue alcanzado por investigadores chinos hace pocos meses donde la distancia recorrida fue de 97 kilómetros.

Más allá de lo que signifique romper este récord, la importancia fundamental del experimento radica en la posibilidad de enviar información y mensajes con mejor seguridad, utilizando los efectos de la mecánica cuántica y con la ventaja que ciertos cálculos sean realizados con mayor eficiencia que con las tecnologías convencionales actuales. Y por supuesto que internet estará gobernado bajo estos nuevos procesos, donde la teletransportación cuántica será un protocolo clave en la transmisión de información entre las próximas computadoras cuánticas.

En un experimento de teletransportación cuántica, los estados cuánticos -que no la materia- se intercambian entre dos partes sobre distancias que pueden ser, en principio, arbitrariamente grandes. Tal intercambio puede ser utilizado también para la transmisión de mensajes o en la operación de las futuras computadoras cuánticas. En estas aplicaciones, los fotones que codifican los estados cuánticos deben ser transportados sobre grandes distancias de forma confiable y sin comprometer el frágil estado cuántico. El experimento del físico austriaco, en el cual se ha logrado hacer una conexión cuántica adecuada para la teletransportación cuántica sobre distancias mayores a 100 kilómetros, abre nuevos horizontes.

Así, para Xiao-song Ma, uno de los científicos involucrados en el experimento, “la realización de una teletransportación cuántica sobre distancias de 143 kilómetros ha sido un gran reto tecnológico” ya que los fotones se enviaron directamente a través de la turbulenta atmósfera que separa a los dos islas. El uso de fibra óptica no es conveniente para los experimentos de teletransportación cuando se pretende cubrir grandes distancias (como en este caso), ya que la pérdida de señal puede ser muy severa. Para alcanzar su objetivo, el equipo de investigadores tuvieron que implementar una serie de innovaciones técnicas, las cuales pudieron ponerse en práctica gracias a la colaboración de un grupo de teóricos del Instituto Max Planck de Alemania y de la Universidad de Waterloo en Canadá.

El profesor Xiao-song también comentó: “para poder tener éxito en este experimento utilizamos un método conocido como alimentación activa hacia adelante, el cual empelamos por vez primera en un experimento de larga distancia como este y el cual nos ayudó a duplicar la velocidad de transferencia”. En un protocolo de alimentación activa hacia adelante la información convencional es enviada junto con la información cuántica, permitiendo al que la recibe descifrar la señal transferida con alta eficiencia.

“Nuestro experimento muestra lo maduro que se encuentra la tecnología cuántica hoy en día y lo útil que puede ser para aplicaciones prácticas”, afirmó Anton Zellinger. “El siguiente paso será la construcción de un satélite basado en la comunicación cuántica, que será el primer escalón para lograr la comunicación basada en cuantos a nivel global”.

Los resultados han sido publicados recientemente en la revista Nature.

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Traducido y editado por Julio García.

Referencia: Physorg

 
 

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Una nueva técnica permite crear fotones individuales para el procesamiento de información cuántica

Aquí aparecen el estudiante graduado de la Universidad de Georgia, Yaroslav Dudin y el profesor Alex Kuzmich, quienes ajustan la óptica de los instrumentos del laboratorio como parte de la investigación en la producción de fotones simples que se utilizan en el procesamiento de información cuántica y el estudio de ciertos sistemas físicos /Fuente: www,physorg.com

Utilizando láseres para excitar un sólo átomo de una nube de gas de rubidio ultracongelado, físicos han desarrollado una nueva manera rápida y eficiente para crear fotones simples para usos potenciales en el procesamiento óptico de información cuántica y en el estudio de dinámicas y desórdenes en ciertos sistemas físicos.

La técnica toma ventaja de las propiedades únicas de los átomos que tienen uno o más electrones excitados hacia una condición de casi ionización llamada el estado Rydberg. Los átomos en este estado de alta excitación con un numero cuántico princiapal mayor que 70, tienen propiedades magnéticas “exageradas” e interactúan fuertemente entre sí. Esto permite a un átomo de Rydberg bloquear la formación de átomos excitados adicionales en un área de 10 a 20 micrones.

Ese átomo individual de Rydberg puede pasar entonces a convertirse en un fotón, asegurándose que, en promedio, sólamente un fotón es producido por una nube de rubidio que contiene cientos de densos paquetes de átomos. Producir de manera fiable un fotón simple con propiedades bien conocidas es importante para muchas áreas de investigación, incluyendo los sistemas de información cuántica.

Los detalles sobre ésta nueva técnica han aparecido en la revista Science Express, que es una publicación de artículos en línea antes de que aparezcan impresos en Science. La investigación ha sido apoyada por la Fundación Nacional para la Ciencia y por la Oficina de la Fuerza Aérea para la Investigación Científica en los Estados Unidos.

“Hemos sido capaces de convertir excitaciones de Rydberg en fotones simples con una eficencia sustancial, que nos permite preparar el estado que queremos en cualquier momento”, explicó Alex Kuzmick, profesor de la Escuela de Física en el Instituto de Tecnología de Georgia. “Éste nuevo sistema ofrece una fértil área para investigar el entrelazamiento de los átomos, el giro de las ondas y de los fotones. Esperamos que éste será un primer para hacer mucho más por éste sistema”.

Kuzmich y el co-autor, Yaroslav Dudin, han estado estudiando sistemas de información cuántica que se basan en mapear información de los átomos en los pares de fotones entrelazados. Sin embargo, la técnica de dispersión Raman o de Efecto Raman que han estado utilizando para crear a los fotones ha resultado ineficiente e incapaz de proporcionar el número de fotones entrelazados que se necesitan para crear sistemas complejos.

“Ésta nueva fuente de fotones es alrededor de 1000 veces más rápida que los sistemas existentes”, afirmó Dudin. “Los números son muy buenos para nuestra primera implementación experimental”.

Para crear un átomo de Rydberg, los investigadores utilizaron láser para iluminar un denso ensamble de cientos de átomos de Rubidio-87 que han sido enfriados a través del láser y confinados en una red óptica. La iluminación impulsó a un sólo átomo de toda la nube dentro de un estado de Rydberg. Los átomos excitados al estado de Rydberg interactúan de manera muy fuerte con otros átomos en el mismo estado de Rydberg y, bajo ciertas condiciones, modifican los niveles atómicos de energía y previenen a más de un átomo de ser transferido dentro de este estado: un fenómeno conocido como el bloqueo de Rydberg.

Los átomos de Rydberg muestran ésta fuerte interacción entre un rango de 10 y 20 micrones. Al limitar su ensamble inicial de átomos de rubido a apróximadamente esa distancia, Kuzmich y Dudin tuvieron la posibilidad de asegurarse de que no más de un átomo de éste tipo podía formarse.

“El átomo excitado de Rydberg necesita espacio alrededor de él y de esta manera no permite a ningún otro átomo de Rydberg acercarse”, explicó Dudin. “Nuestro ensamble tuvo un volúmen limitado, por lo que no pudimos ajustar más de uno de éstos átomos en el espacio disponible”.

Kuzmich y Dudin han estado utilizando átomos de Rydberg con un número cuántico principal de apróximadamente 100. Éstos átomos excitados son más largos -tanto como la mitad de un micrón de diámetro- que los átomos de rubidio que se encuentran normalmente y que poseen un número cuántico de 5 y un diámetro de unos pocos Angstroms.

Una vez que un átomo excitado se ha creado, los científicos utilizan campos de láser adicionales con la finalidad de convertir esa excitación en un campo de luz cuántica que tiene las mismas propiedades estadísticas que la excitación. Debido a que el campo fue produido por un sólo átomo de Rydberg, éste sólamente contiene un fotón, el cual puede ser utilizado en una gran variedad de protocolos.

Para el equipo de la Universidad de Georgia, el siguiente paso podría ser desarrollar una puerta cuántica entre los campos de luz. De hecho, la puerta cuántica de fotones ha sido propuesta y perseguida por muchos equipos de investigación, y en todas ellas insatisfactoriamente.

“Si esto pudiera realizarse, tales puertas cuánticas nos permitirían crear de forma determinista, complejos estados entrelazados de átomos y luz, los cuales agregarían valiosas capacidades a los campos de las redes y la computación cuánticas”, afirmó Kuzmich. “Nuestros trabajos apuntan hacia esa dirección”.

Pero más allá de los avances que ésta investigación podría traer al campo de la física cuántica, los nuevos sistemas de fotones individuales también podrían ayudar a los científicos a investigar otras áreas de la física.

“Nuestros resultados también son prometedores para los estudios de dinámicas y desórdenes en muchos sistemas con interacciones sintonizables”, explica Kuzmich. “En particular, la ruptura de la simetría de traslación, transiciones de fase, entre otras tantas, podrían ser investigadas en el futuro utilizando la fuerza de acoplamiento de las excitaciones de Rydberg de un gas atómico”.

TRADUCCIÓN Y EDICIÓN de Julio García.

FUENTE: Physorg.com

El ordenador cuántico permite una perfecta y segura computación en la nube

Por primera vez, un grupo de investigadores han tenido éxito al combinar el poder de la computación cuántica con la seguridad que ofrece la criptografía cuántica y han mostrado que es posible lograr una perfecta y segura “nube” utilizando los principios de la mecánica cuántica.

Ellos han realizado una demostración experimiental de la computación cuántica en donde la entrada (el procesamiento de datos) y la salida siguen siendo desconocidos para la computación cuántica. El equipo internacional de investigadores publicarán los resultados del experimiento llevados a cabo por el Centro de Ciencia Cuántica de Viena y el Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica, en el próximo número de la revista Science.

Se espera que las computadoras cuánticas jueguen un importante rol en lo que respecta al futuro del procesamiento de la información, desde que se sabe que pueden superar a las computadoras clásicas en muchas tareas.

Considerando los retos inherentes para construir dispositivos cuánticos, es concebible que el futuro en las capacidades de computación cuántica existan en pocos centros especializados alrededor del mundo: algo muy parecido a lo que sucede hoy en día con los super ordenadores, que su accesibilidad al gran público es prácticamente nula.

El entrelazamiento cuántico es una propiedad predicha por Einstein en 1935 que afirma que los estados cuánticos de dos o más objetos se deben describir haciendo referencia a los estados cuánticos de todos los objetos del sistema.
El entrelazamiento cuántico es una propiedad predicha por Einstein en 1935 que afirma que los estados cuánticos de dos o más objetos se deben describir haciendo referencia a los estados cuánticos de todos los objetos del sistema.

Los usuarios podrían interactuar entonces con aquellos centros especializados instalados alrededor del mundo con el fin de que éstos centros procesen los datos de forma cuántica. El escenario podría ser parecido a lo que sucede actualmente con la llamada “computación en la nube”, donde servidores remotos centrales son utilizados para almacenar y procesar datos. El reto obvio es que la computación en la nube se globalice y sobre todo hacerla segura, haciendo que la información se transfiera de forma segura.

Ésta última investigación, a la que nos hemos referido en párrafos anteriores, revela que la computación cuántica puede proporcionar una respuesta a ese reto. “La física cuántica resuleve uno de los retos en computación distributiva, ya que puede preservar la privacidad de los datos cuando los usuarios interactúan con centros de computación remota”, ha dicho Stefanie Bars, quien ha encabezado el estudio.

Éste nuevo avance permite la delegación de una computadora cuántica de un usuario que no posee ningún poder de computación cuántica a un servidor, mientras se garantiza que la información que el usuario ha enviado permanezca en perfecta privacidad. El servidor cuántico lleva a cabo cálculos, pero ésto no significa que averigue lo que en realidad está realizando: una función que no es alcanzable en el mundo clásico.

Los científicos que han investigado en el grupo de Viena han demostrado el concepto de “ceguera en la computación cuántica” a través de un experimento: ellos llevaron a cabo el primer experimento cuántico donde los datos de los usuarios permanecieron perfectamente encriptados. La demostración experimental utiliza fotones (partículas de luz) para codificar la información. Los sistemas fotónicos son adecuados para la tarea, porque las operaciones cuánticas pueden ser llevadas a cabo en ellos, y pueden ser transmitidas a grandes distancias.

Los fotones son las partículas que transportan la luz. Su utilización en computación cuántica es fundamental ya que se pueden ser transmitidos a grandes distancias.
Los fotones son las partículas que transportan la luz. Su utilización en computación cuántica es fundamental ya que pueden ser transmitidos a grandes distancias.

El proceso funciona de la siguiente manera: los usuarios preparan los quibits -las unidades fundamentales de las computadoras cuánticas (en un estado que únicamente es conocido por ellos)- y luego envían éstos quibits a una computadora cuántica que se encuentra en otro sitio. Entonces la computadora cuántica realiza un entrelazamiento de los quibits de acuerdo con un esquema estándar: ya preestablecido. El procesamiento de la información cuántica está implementado por la simple medición de los qubits y es entonces cuando las mediciones realizadas en la computadora del usuario en un estado dado son enviadas a un servidor cuántico. Finalmente, los resultados de la computación son enviados de vuelta al usuario quien interpreta y utiliza los resultados de dicha computación.

Aún si el ordenador cuántico o un espía tratara de leer los qubits, no podrían obtener nigún tipo de información útil sin saber el estado inicial, ya que tanto el ordenador cuántico, como los usuarios, están completamente ciegos respecto al contenido de la información.

Traducción de Julio García.

Fuente:  www.physorg.com

Investigadores de IBM logran almacenar información en solo 12 átomos

Los grupos de átomos fueron contruídos a partir de un microscópio de efecto túnel.
Los grupos de átomos fueron contruídos a partir de un microscópio de efecto túnel.

Investigadores de IBM han logrado guardar en 12 átomos un solo bit de información. Actualmente guardar un sólo bit de información implica utilzar un millón de átomos para guardarlos en un disco duro moderno, han dicho los investigadores de la empresa, de tal manera que ellos creen que éste es el más pequeño bit jamás guardado.

La técnica abre la posibilidad de producir nuevas formas de memorias magnéticas que puedan sustituir o mejorar a las actuales y a los discos duros de estado sólido.

En este sentido, “apróximadamente cada dos años los discos duros se vuelven más densos y aumentan su capacidad”, ha dicho a la BBC Sebastian Loth, uno de los científicos que en encabezan el estudio.

“La pregunta obvia que hay que hacerse es por cuánto tiempo podemos seguir adelante, ya que los límites físicos fundamentales se encuentra en el mundo de los átomos”.

“La aproximación que nosotros utilizamos es la de ir a los límites y revisar si nosotros podemos guardar información en sólo un átomo, y si no es en un átomo: ¿cuántos tendríamos que utilizar?”, ha dicho. Por debajo de los 12 átomos, los investigadores encontraron que los bits -de manera aleatoria- perdían información y entonces comenzaban a manifestarse efectos cuánticos. Un bit tiene un valor de 0 y 1 y es la forma más básica de información en computación.

“Nosotros seguimos construyendo largas estructuras hasta que salimos de la mecánica cuántica y pasamos al almacenamiento clásico de datos, alcanzando el límite de los 12 átomos”. El grupo de átomos, que fueron mantenidos a muy bajas temperaturas, se organizaron utilizando un microscopio de efecto túnel. Subsecuentemente, los investigadores fueron capaces de hacer 1 byte hecho de 8 de los 12 átomos.

Por otor lado, lo que ha sido central para la investigación es el uso de diferentes materiales con propiedades magnéticas diferentes. De hecho, los campos magnéticos de bits que se forman a partir de materiales ferromagnéticos convencionales, pueden afectar bits vecinos si ellos están comprimidos muy cerca. “En el almacenamiento convencional de datos, la información es almacenada en material ferromagnético, ha dicho Sebastian Loth quien trabaja en el Centro Científico de Láser de Electrones Libres en Alemania.

Loth cree que incrementando el número de átomos entre 150 y 200, los bits pueden volverse estables a una temperatura normal. Esto abre la posibilidad para más aplicaciones prácticas.

“Esto es ahora un reto tecnológico para averiguar sobre nuevas técnicas de manufactura”, ha dicho.

Traducción de Julio García.

Fuente: www.bbc.co.uk

¿Cuánta información almacenamos los seres humanos? Datos reveladores

Fuente imagen: http://www.hemobytes.blogspot.com

por Julio García.

La primera ley de la termodinámica nos dice, en términos generales, que la energía siempre se conserva aunque sufra transformaciones, es decir, que en el universo siempre habrá la misma cantidad de energía aunque esta se transfiera de un sitio a otro, o tome diferentes formas y aspectos. En este sentido, la información pude considerarse una forma de energía. ¿Por qué? Porque gracias a los ordenadores (o computadoras), que utilizan energía eléctrica para funcionar, podemos transformar esa energía en bits de información, que, a su vez, provocarán la generación de más energía cuando estos bits son procesados por otros ordenadores para luego ser interpretados por un ser pensante que tendrá la tarea de comprender, y tal vez, tomar decisiones a partir de lo que interprete de esa información. La toma de decisiones también implica un gasto de energía tanto físico como mental, y donde parte de ésta energía se libera al espacio en forma de calor.

Esta reflexión viene a colación porque un estudio presentado por la Universidad del Sur de California en la revista Science, señala que la cantidad de información que los seres humanos hemos guardado, solamente desde 1986 a 2007, año en que comenzó la llamada revolución tecnológica o digital, equivale a algo así como 295 exabites o al equivalente de 1,200 millones de discos duros. Información que se ha sido guardada en libros, periódicos, revistas, discos de música, DVDs y PCS (solo por mencionar algunas de las 60 tecnologías que fueron analizadas).

Para confirmar lo impresionante que esta cifra, Martin Hilbert, uno de los investigadores de este estudio, comentó en un programa de la BBC que si toda esta información pudiera ser almacenada en libros, todo el territorio que corresponde a China o Estados Unidos, podría ser cubierto por 13 capas o torres compuestas de trece libros cada una. Hilbert también mencionó que en el año 2000, la información en formato analógico era de un 75%, mientras que en 2007 la tendencia se revirtió y el 94% de toda esta información se convirtió en digital. Evidentemente, en un periodo de tiempo muy rápido comparado con los avances, más lentos, de la revolución industrial, por ejemplo.

Pero más allá de lo reveladores que son estos datos, de la cantidad de información que puede almacenar el ser humano a lo largo del tiempo, y, por consiguiente, de la cantidad de energía gastada para lograr esta hazaña del conocimiento (me remito nuevamente a la primera ley de la termodinámica), habría que reflexionar para qué nos sirve toda esta información almacenada, tanto en nuestra vida cotidiana como para saber quienes somos como especie y como individuos. En otras palabras: ¿cuánta de esa información procesada en segundos o milisegundos por ordenadores y buscadores de internet nos sirve realmente?, ¿habremos perdido cierta capacidad para analizar e interiorizar el conocimiento a expensas de los grandes volúmenes de datos ? Aquí entra esa paradoja entre cantidad y calidad: si demasiado es necesariamente sinónimo de una mejor comprensión de la realidad, de una comprensión más profunda de nuestro entorno.

Queda también para la reflexión.