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Reciclan el entrelazamiento cuántico para impulsar la teleportación

Nuevo avance teórico hacia la fabricación de ordenadores capaces de cálculos imposibles


Un equipo de físicos de diversos centros de investigación ha ideado un protocolo que permitiría, al menos en teoría, el ‘reciclaje’ del entrelazamiento cuántico (un tipo de conexión entre las partículas subatómicas) para su aprovechamiento en la transmisión instantánea de datos a través de grandes distancias. El protocolo parece demostrar que lo que Einstein llamó la ‘acción fantasmal a distancia’ sigue teniendo extraordinarias potenciales aplicaciones. Por otra parte, este avance teórico supone un paso adelante hacia la fabricación de los anhelados ordenadores cuánticos, capaces de cálculos imposibles para las máquinas actuales.





Imagen: Pedro Nogueira. Fuente: PhotoXpress.
Imagen: Pedro Nogueira. Fuente: PhotoXpress.
Durante los últimos diez años, los físicos teóricos han demostrado que las intensas conexiones que se generan entre las partículas subatómicas –según establece la ley cuántica del ‘entrelazamiento’ - podrían resultar clave para una eventual teleportación de información.

Ahora, por vez primera, un equipo de investigadores ha analizado cómo el entrelazamiento podría ser "reciclado" para aumentar la eficacia de estas conexiones. Sus resultados, que han aparecido publicados en la revista Physical Review Letters, podrían suponer un paso adelante hacia una futura teleportación al más puro estilo de la ciencia ficción, a pesar de que la naturaleza de su investigación es puramente teórica.

El equipo también ha ideado una forma generalizada de teleportación, que podría permitir una amplia variedad de aplicaciones dentro del terreno de la física cuántica.

Envío instantáneo de datos entre extremos galácticos

Aunque hasta aquel momento se consideró imposible, en 1993 un grupo de científicos calculó que la teleportación, en principio, podría funcionar usando las leyes cuánticas. La teleportación cuántica aprovecharía la ley del ‘entrelazamiento’ para transmitir partículas del tamaño de bits de información de manera instantánea, a través de grandes distancias.

El entrelazamiento implica que un par de partículas cuánticas, como electrones o protones, que están intrínsecamente unidas, mantengan su sincronización, tanto si se encuentran unas junto a otras como si están en extremos opuestos de una galaxia. A través de esta conexión, los bits cuánticos – en información, qubits - pueden ser transmitidos.

Protocolos anteriores de teleportación habían fallado. Uno de ellos porque permitiría enviar solo información confusa que requeriría de corrección por parte del receptor y otro, más reciente y que no necesita corrección, porque requiere de una cantidad impracticable de entrelazamientos, dado que cada objeto enviado destruiría el estado entrelazado.

Ahora, físicos de Cambridge, de la University College de Londres y la Universidad de Gdansk (Polonia) han desarrollado un protocolo para proporcionar una solución óptima en la que el estado entrelazado es "reciclado", por lo que los entrelazamientos entre las partículas resultan válidos para la teleportación de objetos múltiples.

Los investigadores incluso han ideado un protocolo con el que podrían transportarse qubits múltiples al mismo tiempo, aunque el estado entrelazado se degrade en proporción a la cantidad de qubits enviados.

"El primer protocolo consiste en estados secuencialmente teleportados, y el segundo los teleporta en masa", ha explicado Sergii Strelchuck del Departamento de Matemáticas Aplicadas y Física Teórica de la Universidad de Cambridge, en un comunicado de de dicha Universidad.

Strelchuck ha sido además el director de esta investigación, junto con sus colaboradores, Jonathan Oppenheim de Cambridge y de la UCL y Michal Horodecki, de la Universidad de Gdansk. "También hemos dado con una técnica de teleportación generalizada que podría tener aplicaciones en áreas como la computación cuántica", añade el físico.

La enorme utilidad de la ‘acción fantasmal a distancia’

Es conocido que Einstein detestaba la teoría del entrelazamiento cuántico, a la que definió como una ‘acción fantasmal a distancia’. Pero, desde entonces, el entrelazamiento ha demostrado ser una característica muy real de nuestro universo, con un potencial extraordinario para impulsar todo tipo de labor científica.

"Hay una estrecha relación entre la teleportacón y los ordenadores cuánticos, que serían dispositivos que aprovechan la mecánica cuántica para realizar cálculos imposibles para un ordenador clásico", señala Strelchuck. "La fabricación de un ordenador cuántico es uno de los grandes retos de la física moderna, y se espera que este nuevo protocolo de teleportación permita avances en esta área."

El investigador concluye que: "El entrelazamiento podría ser considerado como un combustible. Nuestro protocolo sería el combustible más eficiente, capaz de utilizar el entrelazamiento de manera económica al tiempo que elimina la necesidad de corrección de errores”.

Aunque el protocolo de los físicos de Cambridge aún es completamente teórico, el año pasado un equipo de científicos chinos consiguieron teleportar fotones a través de una distancia de 143 kilómetros, superando registros anteriores. Además, el entrelazamiento cuántico se considera un área clave para ciencia.

En términos generales, la teleportación de información usando átomos individuales es factible con las tecnologías actuales, pero la teleportación de objetos de gran tamaño aún permanece en el numinoso mundo de la ciencia ficción.

Referencia bibliográfica:

Sergii Strelchuk, Michał Horodecki, Jonathan Oppenheim. Generalized Teleportation and Entanglement Recycling. Physical Review Letters (2013). DOI:10.1103/PhysRevLett.110.010505.


Jueves, 17 de Enero 2013
Universidad de Cambridge/T21
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Nota



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1.Publicado por Cornelio González el 19/01/2013 18:05

Del documento Teletrasportación generalizada y entrelazamiento cuántico reciclado [1] por: Sergii Strelchuky y Michał Horodecki, ambos de la Universidad de Cambridge y también por Jonathan Oppenheim, de la Universidad of Gdansk, Polonia, trascribo los siguientes tres parágrafos que explican por si mismos lo que significa, en términos cuánticos, la palabra teletrasportación:

En http://prl.aps.org/abstract/PRL/v110/i1/e010505 estos autores resumen así sus ideas:

“Introducimos nuevos protocolos de teletransporte que son generalizaciones de los protocolos originales de teletransporte que utilizan el grupo de Pauli y los protocolos de teletransporte basadas en puertos, introducidos por Hiroshima y Ishizaka, los cuales utilizan el grupo de la permutación simétrica. Derivamos las condiciones suficientes para un conjunto de operaciones, que en general no necesitan formar un grupo, para dar lugar a un protocolo de teleportación y mostramos ejemplos de estos esquemas. Esta generalización conduce a protocolos con nuevas propiedades que son necesarias para impulsar nuevos esquemas de cálculo basadas en ellas. Los protocolos de teleportación basados en puertos y en nuestras generalizaciones, utilizan el gran recurso de un estado que consiste en N singletes [2] para teletransportar único estado único qubit fiable. Ofrecemos dos protocolos distintos que reciclan el estado de los recursos a teletransportarse como múltiples estados con un error que aumenta linealmente con el número. El primer protocolo consiste en el teletransporte secuencial de estados qubit, y el segundo, que los teletransporta en tanto que grandes cantidades”.

Del documento en mención: Teletrasportación generalizada y entrelazamiento cuántico reciclado, http://arxiv.org/pdf/1209.2683v2.pdf , trascribo a continuación estos tres apartes, que se explican por sí solos:

“La teletrasportación se encuentra en el corazón mismo de la teoría de la información cuántica, habiéndose convertido por ello en un eje primordial para una gran variedad de tareas. Los protocolos de teletransporte son una forma de enviar un estado cuántico [1] desconocido de una parte a otra mediante un recurso en la forma de un estado entrelazado compartido entre dos partes, que denominaremos como Alice y Bob. En primer lugar, Alice realiza una medición en el estado que quiere teletransportar y para ello parte del estado-fuente cuántico y posteriormente se lo envía Bob como una información clásica. Bob aplica entonces a esta información la operación unitaria previamente establecida, la cual, a la postre, le permitirá obtener el estado teletransportado”.

“Aunque conceptualmente atractiva, la técnica del teletransporte se basa en las propiedades del grupo simétrico de permutación [3] lo que limita su alcance. En particular, se restringe el uso de protocolos de teletransporte para implementar tales puertas específicas para el grupo subyacente. En el caso de teleportación común estas puertas se corresponden con el tipo de cálculo Clifford”.

“Otro inconveniente de estas técnicas de teletransporte es que requiere de una enorme cantidad de entrelazamiento cuántico en el estado ídem a teletransportarse como un único estado cuántico dotado de alta fidelidad, lo que, para el fin que se persigue, lo hace muy poco adecuado. Al disminuir la cantidad de entrelazamiento necesario para teletransportar una secuencia de estados cuánticos, esto se traducirá en un más eficiente almacenamiento de un programa codificado en transformación unitaria, así como también, hará más eficiente la instantánea y no-local computación cuántica, y las tareas que dependen de ello”. (Hasta aquí la trascripción de los tres apartes).

Los términos transformación unitaria merecen una explicación más a fondo: “…en matemáticas una transformación unitaria se define de modo informal como una conversión que preserva el producto interno entre dos vectores, producto el cual es el mismo, tanto antes, como después de su transformación. Más precisamente: una trasformación unitaria es un isomorfismo, o lo que es lo mismo: una función biyectiva entre dos espacios de Hilbert…”. (Wikipedia).

La anterior definición de transformación unitaria tiene fuertes paralelismos con la que tambien sería una conversión que UNITARIA y naturalmente (léase: en nada ad hoc) preserva el producto interno no solo entre la comparación de dos direcciones espaciales (dos vectores) sino tambien y al mismo tiempo, entre dos números - el número 2 y el número 5 - a su vez factores primos del número 10 el cual, como el producto interno 2 x 5= 10, conmuta (que no, permuta) el valor del 5 en función del 2 (dos veces el cinco es igual a diez), y/o, a la inversa: conmuta el valor del 2 en función del 5 (cinco veces el 2 es igual a diez).

Como se puede claramente observar, al interior del número primo y entero 2 existe naturalmente una continuidad y una simetría entre las dos unidades que lo componen: 1 + 1= 2, mientras que, por el contrario, al interior del número primo e igualmente entero 5, existe, también naturalmente, una discontinuidad y una asimetría entre los siguientes dos pares de sus valores constitutivos: 2 +3= 5 y/o: 4 +1= 5. Con otras palabras: el número 2 tipifica de manera muy general a los factores de continuidad y simetría entre los componentes de un sistema, mientras que, por el contrario, el número 5 caracteriza, tambien muy generalmente, a los factores inversos dentro del mismo sistema: la discontinuidad y la asimetría.

El número 10 es la base del Sistema de Numeración Decimal y sus dos factores primos 2 y 5 conforman un UNITARIO SISTEMA (que no grupo) de conmutación (que no de permutación) que UNITARIA (luego tambien, instantáneamente), conmuta entre sí a sus dos valores constitutivos y ello en tanto que ser ambos montos recíprocamente inversos (léase: no-lineales) dentro de la intrínseca UNIDAD que como SISTEMA, los constituye:

2 x 0.5= 1, y/o, a la inversa: 1/5= 0.2, de donde: 5 x 0.2= 1,

No-linealidad que los lleva a constituirse como los dos componentes del más simple, más básico, autorreferido, autosuficiente, estadístico-probabilista y vital-consciente SISTEMA eléctrico-magnético, limitado y comprendido entre la NADA del 0 y/o la TOTALIDAD del 1 y que podemos desglosar como las dos recíprocamente inversas (luego UNITARIAS) parte eléctrica y/o, parte magnética, así:


A) Parte eléctrica:

• 0/2 = 0 = la NADA: Límite absoluto.

• 1/2 = 0.5 = “esta” mitad= el eléctrico fermión. Es discontinuo y asimétrico respecto a la “otra” mitad= el “otro” 1/2= 0.5= el eléctrico antifermión. Explicado de otro modo: fermión y antifermión conforman un mutuo (aunque también mutuamente excluyente: 1/2= 0.5, porque… ¿dónde está el “otro” 1/2= 0.5?) juego de reflejos especulares TOTALIZADOS en su propia UNIDAD: (1/2= 0.5) + (1/2= 0.5)= 1.

• 2/2= 1 = la TOTALIDAD: Límite absoluto.


B) Parte magnética:

• 0/5 = 0 = la NADA: Límite absoluto

• 1/5 = 0.2 Hay continuidad y simetría entre: (1/5= 0.2) + (4/5= 0.8)= 1
• 2/5 = 0.4
• 3/5 = 0.6 Hay continuidad y simetría entre: (2/5= 0.4) + (3/5= 0.6)= 1
• 4/5 = 0.8

• 5/5 = 1 = la TOTALIDAD: Límite absoluto.


Como el lector puede observar:

En A) y en la operación 1/2= 0.5, la continuidad-simetría (léase: internalidad) inherente al número primo 2 ha inducido (Faraday 1831) la aparición de la discontinuidad-asimetría (léase: externalidad) entre “esta” mitad eléctrica (fermión) 0.5 y la “otra” mitad eléctrica (antifermión) 0.5, y/o, a la inversa:

En B) y en la operación 1/5= 0.2, la discontinuidad-asimetría (externalidad) inherente al número 5 ha inducido (Faraday 1831) la aparición de la continuidad-simetría (internalidad) entre los dos componentes (polos) del bosón (léase: onda cuántica) magnético, discontinuidad-asimetría eléctrica que nuevamente y dentro de un instantáneo y eterno presente, induce a su vez a la continuidad-simetría del bosón magnético, el cual otra vez induce a la…etc., etc.

Mediando la necesaria digresión hecha sobre la transformación unitaria, analicemos ahora la relación entre teletransporte y la extraña característica denominada entrelazamiento cuantico. Al respecto nos dice este artículo de la Universidad de Cambrige:

“Durante los últimos diez años, los físicos teóricos han demostrado que las intensas conexiones que se generan entre las partículas subatómicas – según establece la ley cuántica del ‘entrelazamiento’ – podrían resultar clave para una eventual teleportación de información. Ahora, por vez primera, un equipo de investigadores ha analizado cómo el entrelazamiento podría ser "reciclado" para aumentar la eficacia de estas conexiones. Sus resultados, que han aparecido publicados en la revista Physical Review Letters, podrían suponer un paso adelante hacia una futura teleportación al más puro estilo de la ciencia ficción, a pesar de que la naturaleza de su investigación es puramente teórica”.

Pues bien, para el diccionario de la RAE, el término “reciclar” implica, como primera acepción, “someter un material usado a un proceso para que se pueda volver a utilizar”. Si es precisamente este el significado que los físicos de Cambridge (UK) y Gdansk (Polonia) le quieren dar al término "reciclar", a todas luces tal proceso es imposible de llevarse a cabo en el caso de la reciprocidad inversa entre la electricidad y el magnetismo y que lleva a estas dos fuerzas naturales a inducirse simultánea y mutuamente, tanto en su física (Faraday, 1831) como en su lógica y en su(s) ontología(s), entendidas estas dos últimas como el UNIFICADO (luego vital-consciente) “campo” bio-electromagnético denominado HOMBRE. A mi parecer y desde este punto de vista, los presuntos computadores cuánticos que utilicen las “…intensas conexiones que se generan entre las partículas subatómicas – según establece la ley cuántica del ‘entrelazamiento’ – y que podrían resultar clave para una eventual teleportación de información…” nunca podrán, ni copiar, ni mucho menos simular, la UNICIDAD, la singularidad, la irrepetibilidad y con ellas, la dignidad, inherentes a todos y cada uno de nosotros, los seres humanos.
…………………………………

[1] La idea de la teleportación cuántica – la posibilidad de transferir objetos cuánticos de una localización a otra sin que estos viajen por el espacio intermedio – no es nueva y se remonta a 1993, cuando se descubrió que el estado cuántico de un objeto, es decir, la información que lo describe, podía en teoría ser teletransportada.
Ver: http://www.tendencias21.net/Nuevo-record-en-teleportacion-cuantica-sienta-las-bases-para-una-comunicacion-cuantica-global_a13021.html
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[2] Singlete: Un par de partículas de espín -1/2 pueden combinarse para formar uno de tres estados de denominado tripleta, o un estado de espín 0 denominado singlete. En física teórica, un singlete por lo general se refiere a una representación unidimensional (por ejemplo, una partícula cuyo espin se desvanece). También puede referirse a dos o más partículas preparadas en un estado correlacionado, de modo que el momento cinético total del estado es cero. Singletes y otras representaciones parecidas ocurren con frecuencia en la física atómica y física nuclear, cuando se trata de determinar el spin total de un conjunto de partículas (Wikipedia).
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[3] Grupos simétricos de permutación: en términos investigativos sobre matemáticas puras existen, dadas sus posibles e inmediatas aplicaciones prácticas a naturales fenómenos electromagnéticos, unos grupos de gran importancia: los denominados grupos simétricos de permutación. Su desarrollo exige largos y en cierta forma, tediosos procedimientos matemáticos bastante ad hoc (ver por ejemplo: http://matematicas-de-la-simetria.blogspot.com/2007/11/los-grupos-de-permutacin.html ) lo cual los torna bastante sospechosos acerca del porcentaje de éxitos que puedan tener en cuanto se trata de aplicarlos al habitualmente simple y explícito, comportamiento de la Naturaleza.

2.Publicado por Cornelio González el 24/01/2013 22:43

Respecto a mi anterior comentario 1, veo la necesidad de ampliar un poco más mis conceptos. Para el Diccionario la RAE, el término entrelazamiento viene del verbo entrelazar, el cual tiene una única acepción: entretejer algo con otra cosa.

Esta definición nos llega como anillo al dedo en el caso de la reciprocidad inversa entre la electricidad y el magnetismo y que lleva a estas dos fuerzas naturales a inducirse (Faraday, 1831) simultánea y mutuamente, definición la cual, también podríamos perfectamente aplicar al caso de la profunda interrelación entre la electricidad y el magnetismo, toda vez que, en función de su misma y UNITARIA reciprocidad inversa, este par de fuerzas naturales, a la vez que se inducen, también se entrelazan simultánea y mutuamente, tanto en su física como en su lógica y en su(s) ontología(s), entendidas estas dos últimas como el UNIFICADO (luego vital-consciente) “campo” bio-electromagnético denominado HOMBRE.

3.Publicado por El frances el 13/02/2013 11:49
Una prueba de este efecto tan real como comprobado de la teleportacion es que nos retrotrae a la física de newton que consideraba el tiempo como valor absoluto en el universo entero y establece que el momento presente es simultaneo en cualquier parte del universo ,convirtiendo nuestros sentidos en limitados a observar los efectos de lo que sucede (con sus tiempos)en vez de observar lo que es, que para nosotros es absolutamente invisible (de momento).

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