sábado,13 agosto 2022
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China lidera la I+D pública global y Alphabet la privada

El récord chino al entrelazar memorias a 50 km, otro desafío a la supremacía cuántica de Google

Redacción / SINC- María G. Dionis
Las inmensas aplicaciones de la física cuántica a las tecnologías digitales acaban de registrar otro récord de investigadores chinos que desafía de nuevo a la supremacía anunciada por Google hace cuatro meses en este campo, cuando el grupo privado terminó de desbancar el liderazgo de IBM en I+D.China acaba de entrelazar memorias a 50 kilómetros. Esto refuerza miles de aplicaciones de lo cuántico también en telecos criptografía y medicina

Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China han demostrado que se pueden entrelazar dos memorias cuánticas separadas 50 kilómetros mediante una fibra óptica, batiendo el récord anterior tambien chino de 1,3 kilómetros. El avance supone un nuevo paso hacia la futura red de internet cuántica y sitúa nuevamente a China al frente del liderazgo en la investigación no solo de ñas redes 5G para soportar el internet de las cosas, sino de la física cuántica como fuente de aplicaciones para futuras infraestructuras como teletransporte, ciudades inteligentes y nuevos materiales, mientras que las firmas Google, Intel, Microsoft, Honeywell, Rigetti Computing e IBM investigan computadoras cuánticas para propósitos generales.  

Ya hace cinco años, una de las herramientas más utilizadas para evaluar cuáles son los mejores centros de ciencia a nivel internacional en la clasificación actual situó a Google por primera vez entre las diez mejores entidades de I+D del planeta, aunque la primera privada del mundo pues las otras son centros de investigación públicos, aunque precedido por varios centros de investigación públicos de China, Francia, Estados Unidos y Alemania. Se trata de SCImago-Institutions Rankings (SIR), ranking desarrollado por el grupo de investigación SCImago LAB,  firma tecnológica española derivada del Consejo Superior de Investigaciones Cientificas (CSSIC). Desde entonces Google se mantiene invariable en esa décima posición, en el año 2019 por quinto año consecutivo, aunque es la primera entidad  privada que encabeza ese ranking.

Los líderes mundiales en investigación que preceden a Google, tambien con posiciones invariables en los últimos años, son centros públicos, educativos o de salud de China, Francia, Estados Unidos, Alemania, a los que tras la primera privada Google sigue la Russian Academy of Sciences en décimo primera posición. La universidad británica de Oxford ocupa la décimo tercera posición en representación del tercer pais europeo y  el  citado Consejo Superior de Investigaciones Cientificas (CSSIC) la vigésimo primera posición mundial. La lista de entidades situadas antes que Google en este ranking son: 1 Chinese Academy of Sciences (CHN   Government), 2 Centre National de la Recherche Scientifique (FRA Government), 3  Ministry of Education of the People's Republic of China (CHN    Government),4) Harvard University (USA Higher educ),5 Harvard Medical School (USA    Higher educ), 6    Helmholtz Gemeinschaft (DEU Government), 7 National Institutes of Health (USA    Health) ,8 Massachusetts Institute of Technology (USA   Higher educ) y 9     Stanford University (USA Higher educ ).   

La comunicación cuántica se basa en el extraño fenómeno del entrelazamiento, que aunque resulta contra-intuitivo y va contra el sentido común como otras afirmaciones de la física cuántica,  permite 'conectar' de forma cuántica dos partículas aunque estén muy alejadas. No importa la distancia a la que se encuentren, cualquier variación en una de ellas afectará a la otra de forma inmediata. Ello es debido a que, según se ha demostrado reiteradamente ya, una particula subatómica o cuantica puede estar superpuesta en varios estados a la vez, debido a lo que los físicos llaman función de onda cero y que por tanbto equivale a tiempo cero, por lo que su tiempo también es cero y esa propiedad va en contra tambien de los principios cientificos hasta entonces reduccionistas que consideraban el tiempo como algo lineal (la llamada fecha del tiempo).El término fue introducido en 1935 por el físico austríaco Erwin Schrödinger para describir un fenómeno de mecánica cuántica. Un conjunto de partículas entrelazadas (entangled) no pueden definirse como partículas individuales con estados definidos, sino como un sistema con una función de onda única para todo el sistema.  Einstein, junto con sus alumnos Podolsky y Rosen intentaron falsear  esa propiedad en su formulación de la llamada paradoja EPR (iniciales de los tres), dado que mantenian que nada puede viajar a más velocidad que la de la luz. Einstein llamaba a esa propiedad  "accion fantasmal a distancia" por violar el principio de localidad. Pero los experimentos de Bell y otros han dado la razón contra Einstein a la mecánica cuántica de otros precursores de la primera revolución cuántica como Heisenberg y Born.

En las últimas dos décadas se ha producido un progreso notable en los entrelazamientos remotos, transmitiendo fotones entrelazados de un nodo a otro a través de fibras ópticas o satélites, por lo que junto a otros avances se indica que estamos viviendo en nuestros día la segunda revolucion cuántica . No obstante, recientemente un físico de la Universidad de Genova propuso un nuevo lenguaje matemático pero intuitivo que integre la física clásica y la cuántica.

En 2017, científicos chinos lograron transmitirlos desde un satélite a estaciones terrestres separadas más de 1.200 kilómetros, pero se trataba de partículas individuales, que no portan gran cantidad de información ni permiten almacenarla. Para ello se necesitan memorias cuánticas, formadas por millones de átomos, que hasta la fecha solo se habían podido entrelazar con una fibra de poco más de un kilómetro. El entrelazamiento a grandes distancias es fácil que se pierda y, en consecuencia, la transmisión.

Se ha conseguido entrelazar memorias cuánticas a 50 kilómetros de distancia, muy lejos del récord anterior de 1,3 km. Pero ahora, otro grupo de investigación de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, ha conseguido entrelazar memorias cuánticas a 50 kilómetros de distancia, muy lejos del récord anterior de 1,3 kilómetros. El estudio se publica esta semana en la revista Nature.

“La importancia de este trabajo es que hemos extendido la distancia de entrelazamiento de memorias a escalas de una ciudad, lo que nos permitirá construir redes de memorias cuánticas en un futuro cercano”, explica a Sinc uno de los autores, Xiao-Hui Bao.

Nubes de cien millones de átomos

Las memorias están constituidas por nubes de cien millones de átomos de rubidio enfriados con láser. Para lograr su conexión, primero cada una de ellas fue entrelazada con un fotón mediante un efecto cuántico llamado 'mejora de la cavidad', que reduce la perdida de acoplamiento de los fotones durante la transmisión.

Esquema del entrelazamiento de dos memorias cuánticas (nodos A y B, con átomos de rubidio dentro de una ‘cavidad’) unidas por fibras a una estación intermedia de medición de fotones. / Xiao-Hui Bao, Jian-Wei Pan et al. /Nature

“La mejora de la cavidad es una técnica para aumentar la interacción entre el fotón y la memoria cuántica, lo que nos permite extraer fotones individuales y detectar estados atómicos de forma eficiente”, afirma Bao. Después, los fotones viajan por la fibra y, cuando se registran con la denominada medición de Bell, las memorias cuquedan entrelazadas. 

De esta forma los investigadores entrelazaron las dos memorias cuánticas que, aunque físicamente estaban a poco más de medio metro de distancia en el laboratorio, los fotones sí viajaron por un cable de fibra óptica de 50 kilómetros enrollado. También repitieron con éxito el experimento a través de un cable similar bajo tierra en una ciudad, pero esta vez de 22 kilómetros. 

El objetivo final del estudio es crear un repetidor cuántico que pueda recibir y transmitir información a grandes distancias

El entrelazamiento entre los átomos y los fotones lo convirtieron a una frecuencia adecuada para las telecomunicaciones. El objetivo final es crear un repetidor cuántico que pueda recibir y transmitir información a grandes distancias, algo esencial para el futuro internet cuántico.

“Este internet cuántico con procesadores remotos conectados permitirá muchas aplicaciones, como la computación cuántica distribuida (en red), pero conseguirlo depende del entrelazamiento de memorias cuánticas alejadas”, apuntan los autores.

Según los investigadores, estos resultados demuestran que, en comparación con lo que aportan los fotones de forma individual, el entrelazamiento átomo-fotón sobre una serie de nodos puede ser más adecuado para la transmisión a larga distancia del entrelazamiento cuántico, que en un futuro próximo podríamos tener en nuestras ciudades.

Referencia bibliográfica:

Jian-Wei Pan et al. “Entanglement of two quantum memories via fibres over dozens of kilometres”. Nature, 12 de febrero de 2020. https://www.nature.com/articles/s41586-020-1976-7

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