La Física certifica un fenómeno clásico de la ficción científica: La Teletransportación Uno de los fenómenos clásicos de ficción científica, la teletransportación cuántica, ha sido demostrado por primera vez experimentalmente por dos equipos de investigadores austríacos e italianos. Aunque su viabilidad sólo se ha podido verificar con partículas elementales, este importante avance científico abre el camino al desarrollo de los ordenadores cuánticos, muchísimo más rápidos que los actuales.
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Entrevista con Juan Ignacio Cirac
Físico teórico, especialista en mecánica cuántica
 Este investigador de 35 años nacido en Manresa, España, es uno de los grandes expertos en mecánica cuántica. Catedrático de Física Teórica en la Universidad autríaca de Innsbruck, actualmente trabaja en la creación de una computadora cuántica y en la Teoría del Entrelazamiento.
¿Se ha utilizado ya la Teoría del Entrelazamiento con algún fin práctico?
"Hoy tiene una gran utilidad en la criptografía cuántica. Se usa con éxito para enviar mensajes secretos pero sólo a una distancia máxima de sesenta kilómetros."
¿Cuáles son las mayores dificultades para construir una computadora cuántica?
"El uso de las leyes de la mecánica cuántica y el dominio del mundo microscópico, en el que éstas se desarrollan. Es un mundo que hay que controlar perfectamente para poder avanzar en este camino. Hoy no somos capaces de dominarlo y de controlarlo. Se ha hecho una computadora cuántica de dos átomos muy pequeños, alguno de tres. Pero se requiere una computadora con millones de átomos para que sea útil. Una computadora clásica está formada por bits, una cuántica está formada por bits cuánticos. Un átomo es un bit cuántico, que también se lo llama qubit. Para que esa computadora exista, debemos esperar algunos años."
¿Entonces el anuncio que IBM ha hecho sobre el nacimiento de la primera computadora de qubits no es real?
"Para tener una computadora cuántica se necesita un gran laboratorio, y en él, una cámara de vacío en la que hoy tres, cuatro o, como mucho, cinco átomos. En ese laboratoria también deberá haber lásers y muchas lentes, entre otras cosas. Lo que trato de explicar es que no existe, todavía, un computadora de qubits. IBM lo único que ha creado es un sistema con tres o cuatro átomos, como máximo cinco. En la computadora que han presentado se pueden dar superposiciones, pero los estados no están entrelazados, y el entrelazamiento es una de las propiedades necesarias para crear un computadora cuántica."
¿Qué proyectos compiten hoy para crear una computadora cuántica?
"Casi todos se realizan con átomos. En uno de ellos se desarrolla un computadora cuántica hecha con átomos en trampas e interaccionado con lásers. Otra desarrolla esta computadora con átomos en espejos, que también están dentro de una cámara de vacío. Los átomos se miran unos a otros y se comunican mirándose al espejo o, lo que es lo mismo, a través del reflejo de la luz que es absorbida por el otro átomo. Un tercer proyecto lo elabora con electrones. En este caso, se trata de sistemas sólidos que están dentro de la cámara de vacío pero sí en una superficie enfriándose a temperaturas cercanas al cero absoluto. Por ellos se hacen pasar unas corrientes muy estables." |
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Teleportación o teletransportación son los nombres que los escritores de ficción científica utilizaron para denominar a aquellos sistemas qeu permitían desintegrar un objeto o una persona en un lugar, mientras que una réplica perfecta aparecía en otro punto. Este fenómeno, que fue popularizado mundialmente desde la década del los sesenta por la serie de televisión "Star Trek", ha sido habitualmente comparado con un futurista fax, capaz de enviar objetos tridimensionales a través del espacio, de forma instantánea y sin destruirlos.
Sin embargo, dos grupos de científicos han logrado finalmente demostrar experimentalmente que la teletransportación es posible en el mundo subatómico de las partículas fundamentales, donde el comportamiento de éstas se rigen por las singulares leyes de la mecánica cuántica.
Además de domostrar experimentalmente un viejo desafío de la física, que se consideraba imposible ya que violaba el principio de incertidumbre de la mecánica cuántica, estos dos trabajos despejan el camino para desarrollar ordenadores cuánticos, cuyas prestaciones en cuanto a velocidad y calidad ridiculizarían a las de los actuales equipos informáticos. De hecho, el trabajo que demostró una viabilidad teórica de este fenómeno fue presentado por el investigador Charles Bennet, la multinacional informática IBM, junto con el equipo de físicos teóricos de Estados Unidos, Canadá, Israel e Inglaterra.
El primero de estos definitivos estudios, ha sido realizado por investigadores del Instituto de Física Experimental de la Universidad de Innsbruck, coordianados por Anton Zelliger. El segundo trabajo, ha sido dirigido por el italiano Francesco De Martini.
Como detalla el equipo austríaco, su sistema ha permitido transmitir información del estado cuántico de un fotón situado en un punto a otro distante, sin que la lejanía entre ambos influya. Para efectuar la teletransportación, Zelliger y sus colaboradores aprovecharon experimentalmente un efecto de la mecánca cuántica, cuyo descubrimiento data de los años treinta y que es llamado de Einstein, Podolsky y Rosen, en recuerdo a sus postuladores. Según este efecto, cuando un par de fotones previamente emparejados son separados y alejados, cualquier intervención en uno produce una idéntica alteración en el otro.
El experimento austríaco se realizó utilizando dos fuentes emisoras de fotones, a las que llamaron Alice (A) y Carol (C), así como un receptor que denominan Bob (B). Un fotón A y uno B fueron "emparejados" inicialmente mediante láseres y otras técnicas para dotar a ambos de un estado tal que la observación de uno de ellos altere automáticamente el estado cuántico del otro. Una vez realizada esta operación, el fotón del emisor A y el del receptor B fueron situados a más de diez kilómetros de distancia.
TRANSMISIÓN INSTANTÁNEAEn el manipuleo de fotones realizado por Zelliger y su equipo, él mismo admite que no entiende cómo funciona el proceso exactamente.
Dado que la luz se comporta al mismo tiempo como una onda y una partícula, una onda de luz tiene lomas y valles como una ola de mar. La polarización se refiere a la dirección en que apuntan esas lomas y valles. Cuando dos fotones se emparejan, lo que le pase a uno es lo opuesto de lo que le pasa al otro. sus polarizaciones son opuestas entre sí.
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De esta forma los investigadores trataron de transferir la polarización de un fotón (C) a otro utilizando tres fotones (A, B y C), uno de los cuales (C) fue destruído para transferir lo opuesto a su estado original a otro (B). Los dos fotones restantes (B y A) fueron entonces emparejados, y dado que el fotón C tiene que cambiar su polarización para mantenerse opuesto a A, la polarización del fotón B termina siendo la misma que la del fotón C original.
En el experimento realizado con haces de partículas y detectores, el emisor C envió su fotón al emisor A para que éste teletransportara el estado cuántico de esa partícula (la información, en este caso) al receptor B. Cuando el fotón C llegó al emisor A, los investigadores midieron la pareja de fotones, lo que provocó que el B adquiriera de forma instantánea la polarización de la partícula C inicial. Como las características del fotón B eran conocidas, los científicos pudieron descifrar el mensaje teletransportado sin ninguna intervención que pudiera destruirlo.
El sistema utilizado por los investigadores italianos difiere del anterior, ya que en lugar de utilizar dos fotones independientes (Ay C) se empleó dos aspectos diferentes de una misma partícula: la polarización y la dirección del movimiento de un fotón. Según afirma el matemático Tony Sudbery, de la Universidad inglesa de York, el experimento italiano es más "elegante" y tiene mayor posibilidad de éxito que el efectuado por los investigadores de Austria.
Aunque la tecnología utilizada es fundamentalmente diferente de la vista en las salas de transportación de Star Trek (en las que los humanos son transportados mediante el desensamblado y posterior reconstrucción de sus cuerpos átomo a átomo), Zelliger cree que los científicos podrían lograr la teletransportación atómica en los próximos años y quizás la teletransportación molecular para la próxima década.
NO ES POSIBLE POR AHORA
El doctor Henry Kendall, ganador del Premio Nobel y profesor de física en el MIT, no está de acuerdo. "Eso no está planteado en absoluto", dice. "No hay nada que muestre alguna indicación o promesa de transportación de la materia. Incluso si algún día fuera posible desensamblar y transmitir seres vivos, seguramente costará muchísimo más que un boleto de primera clase en Concorde."
Además, dice Benjamin Shumacher de Kenyon College en Gambier, Ohio, la teletransportación te "mataría y te desarmaría átomo a átomo de tal forma que puedas ser reensamblado en el otro lugar, con suerte. No me parece que sea una buena idea."
COMPUTADORAS CUÁNTICAS
La replicación de fotones puede, sin embargo, derivar en computadoras cuánticas extremádamente rápidas. "En este momento, una computadora cuántica sólo podría resolver uno o dos tipos de problemas complejos, no va a reemplazar a las computadoras hogareñas actuales," dice Kendall. "Además, nadie sabe cómo fabricar una."
El físico teórico y profesor del MIT Doctor Edward Farhi agrega: "Las leyes de la física a niveles atómicos son completamente consistentes con la mecánica cuántica. La tecnología para construir una computadora cuántica. La tecnología para construir una computadora cuántica puede estar fuera de nuestro alcance, pero es concebible que pueda realizarse en el transcurso de nuestra vida." Farhi especula que una computadora cuántica posiblemente podría fabricarse dentro de 30 o 40 años.
LA CIENCIA Y STAR TREK
No, aún no podemos hacer lo del Capitán Kirk en Star Trek, cuando le ordenaba a su ingeniero en jefe "transpórtanos Scotty". Sin embargo, estamos un paso más cerca. Científicos australianos aseguran haber avanzado en la técnica que, algún día, permitiría transportar materia de un
lugar a otro.
Según los informes, los científicos de la Universidad Nacional de Australia, en Canberra, consiguieron desintegrar el rayo láser en un lugar y hacerlo aparecer, casi instantáneamente, en otro, a un metro distancia.
Aunque el haz de luz resultó destruido en el proceso, una señal de radio que había sido introducida en el rayo sobrevivió.
AÚN ESTAMOS LEJOS
Aunque los experimentos pioneros en este campo fueron hechos en Estados Unidos en 1997, los australianos indicaron que habían conseguido resultados más consistentes y confiables.
Este logro, dijeron los científicos, promete revolucionar el mundo de las comunicaciones y los computadores.
El doctor Ping Koy Lam, quien lidera al equipo científico, describió el experimento como "tele transporte de quantum", y dijo que eventualmente permitiría a gobierno, bancos y prácticamente a cualquier persona a intercambiar información a velocidades increíbles y en absoluto secreto.
Sin embargo, no hay que olvidar que los rayos láser están hechos de fotones, partículas bastante diferentes de los átomos que conforman a los seres humanos.
Por ello, la posibilidad de tele-transportar seres humanos, como lo hacía el afable escocés "Scotty", aún está muy lejos.
Ahora bien, ¿CÓMO DEBERÍA FUNCIONAR UN TRANSPORTADOR?
La teletransportación involucra la desmaterialización de un objeto en un punto, y enviar los detalles de la configuración atómica del objeto hacia otro punto donde es reconstruído. Lo que esto implica es que el tiempo y el espacio puede ser eliminado del viaje - podríamos saltar de un punto al otro instantáneamente, sin cruzar una distancia física.
En 1993, la idea de la teletransportación se movió de la ciencia ficción al mundo de la posibilidad teórica. Esto ocurrió cuando el físico Charles Bennett y un equipo de investigadores de IBM confirmó que la teleportación del cuantum era posible, pero sólo si el objeto sujeto a esta operación era destruído. Esta revelación fue anunciada por Bennett en al reunión anual de la American
Physical Society en marzo de 1993, fue seguida por un informe de sus descubrimientos en el número del 29 de marzo de 1993 de la Physical Review Letters. Desde ese momento, los experimentos usando fotones han probado que la teletransportación del quantum es de hecho posible.
Un éxito reciente en teletransportación fue alcanzado por la Universidad Nacional de Australia, cuano los científicos pudieron teletransportar un haz de laser.
Mientras que la idea de crear réplicas de objetos destruyendo el original no suena como una invitación para los humanos, la teletransportación cuántica sí constituye una promesa para la computación cuántica. Estos experimientos con fotones son importantes en el desarrollo de redes que puedan distribuir información cuántica. El profesor Samuel Braunstein, de la Universidad Gales, Bangor, llamó a tales redes una "Internet Cuántica." Esta tecnología puede ser usada algún día para construir una computadora cuántica que tenga una velocidad de transmisión varias veces superiro a las computadoras más poderosas de hoy.
TELETRANSPORTACIÓN DE HUMANOS
 Estamos a años de distancia del desarrollo de una máquina transportadora como el cuarto de transportaodores que vemos en la nave espacial Enterprise de Star Trek. Las leyes de la física pueden incluso hacer imposible crear un transportador que posibilite a una persona viajar de un lugar a otro en forma instantánea, lo que requeriría viajar a la velocidad de la luz.
Para que una persona sea transportada, una máquina debería analizar 1028 células que conforman el cuerpo humano. Eso es más de mil billones de átomos. Esta máquina debería poder enviar la información analizada a otro punto, donde el cuerpo de la persona debería ser reconstruída con exacta precisión. Las moléculas no podría estar ni un micrón fuera de lugar, esto podría provocar series defectos neurológicos o fisiológicos en la persona.
En los episodis de Star Trek, la teletransportación es realizada por una máquina llamada transportador. Esta es básicamente una plataforma donde los personajes se paran, mientras Scotty ajusta los controles de la consola de transportación. La máquina transportadora luego escanea átomo por átomo de la persona, y utiliza un haz transportador para transmitir esas moléculas a donde sea que quieran ir. Los televidentes que están en casa presencian al Capitán Kirk y su tripulación disolviéndose en un brillo antes de desaparcer, rematerializándose en algún planeta distante.
Si tal máquina fuera posible, no parecería que la persona fuera transportada en realidad. Funcionaría más como un fax - un duplicado de la persona sería creado en el punto de rematerialización, pero tendría que tener mucha más precisión. Pero, ¿qué le pasaría al original? Una teoría sugiere que la teletransportación combinaría la clonación genética con la digitalización, y en cierto sentido el teletransportado moriría. Su cuerpo original sería recreado en otro punto (el destino), y la digitalización recrearía las memorias de la persona, sus emociones, sus esperanzas y sueños. Así que el transportado todavía existiría, pero en un nuevo cuerpo, de la misma estructura genética, programado con la misma información.
Pero como con todas las tecnologías, los científicos están seguros de continuar mejorándola en base a nuevas ideas, al punto que algún día se evite tan crudo método de transporte. Algún día, uno de tus descendientes podría terminar un día de trabajo en su oficina espacial sobre algún planeta lejano en la galaxia a varios años luz de la Tierra, hablará con su reloj pulsera y le dirá que lo transporte a casa justo para la cena al momentos en que sus palabras salen de su boca.
RESEÑA SOBRE LA TECNOLOGÍA DE TRANSPORTADORES
Es transportador en Star Trek es un dispositivo conversor de energía, el cual opera con los principios de desintegración/reintegración de materia. El dispositivo convierte un objeto o persona en energía, envía la energía a otro punto en el espacio vía un onda transporadora de energía, y luego reensambla al sujeto transportado a su forma original.
 Los transpordores no pueden funcionar cuando los escudos deflectores están activados. Los transportadores Mark V y Mark IV (lo cuales dejaron de producirse en 2356) no eran seguros para transportar un bio-materia inestable. Este problema fue corregido con la recientes unidades Mark VII.
El transportador está conformado por cinco componentes básicos.
Primero, se realiza un modelo molecular del sujeto a ser transportado por un escaner de imagen molecular, obteniéndose así una "fotografía" del sujeto a ser transportado. Esta fotografía es guardada en una memoría intermedia de patrones. La memoria intermedia de patrones es un componente de un transportador en el cual la imagen del sujeto es guardado brevemente así la frecuencia de transmisión es ajustada para compensar el Efecto Doppler causado por cualquier movimiento relativo entre la cámara de transporte y el blanco. Debido a la función crítica de este subsistema, dos dispositivos de memoria intermedia son usados en sincronía, y en caso de falla el rayo puede ser manejado inmediatamente por el apoyo. Dos pares de bobinas conforman además el sistema de transporte. Un grupo de bobinas de transición de fase compensan y controlan las transmisiones fásicas de cuantum para convertir la materia en energía y viceversa. Un compensador Heisenberg es usado en línea con estos dispositivos, lo que asegura que el complejo arreglo molecular de un sujeto biológico transportado sea duplicado exactamente entre el punto de origen y el de destino. Las bobinas primerias de energía introducen un torrente de energía en el sistema, lo cual es usado como el medio para llevar las partículas de sujeto transportado del punto de origen al de destino.
Un biofiltro se utiliza durante de la transportación, el cual asegura que ningún organismo peligroso (de acuerdo a la programación) sea transportado por un sujeto desde el punto de origen al de destino, sea esto desde una nave a un planeta y viceversa. Un componente final, fuera del sistema principal de transportación, pero integrante del mismo, es un reforzador de señales colocados fuera del casco de la nave. La función de estos dispositivos es incrementar la ganancia del rayo transportador entre el punto de origen y el de destino.
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