El teletransporte cuántico… de energía
El teletransporte cuántico no permite por el momento más que la transferencia de información. Parece que a veces se puede también transferir energía a través de distancias cortas. Físicos japoneses están en el sendero que conduce a un teletransporte cuántico de energía en grandes distancias. Puede ser factible en física de sólidos, y, finalmente, dejar trazos en cosmología.
En 1992 el físico Charles Bennett y sus colegas propusieron un protocolo experimental para teletransportar estados cuánticos. Se basaba en el uso del entrelazamiento cuántico convertida en famosa gracias a la paradoja EPR y al gato de Schrödinger. En 1997, el físico Anton Zeilinger y sus colegas lograron por primera vez realizar un teleportación cuántica utilizando fotones. Desde entonces se ha hecho lo mismo con estados cuánticos portados por átomos individuales. De nuevo, fue sólo para la transferencia de información cuántica, no la teletransportación de la materia, en el sentido de los autores de ciencia ficción.
El principio de un experimento de teletransportación de información cuántica puede ser ilustrada por el siguiente ejemplo. Se crea un par de partículas cuánticas entrelazadas, como dos fotones polarizados. Los fotones son compartidos entre dos observadores, Alice y Bob, que pueden alejarse uno de otros a una distancia arbitraria. Alice tiene un tercer fotón polarizado en un estado cuántico desconocido. Ella realiza una medida que conduce simultáneamente a los dos fotones en su poder para formar un sistema cuántico. Esto provoca instantaneamente la tleportación del estado cuántico desconocido del tercer fotón, destruyéndolo. En este punto, Bob no puede acceder al estado cuántico del fotón teletransportado. Él debe esperar a que Alice envíe el resultado de su medida, y esto sólo es posible utilizando medios de telecomunicación enviando señales a una velocidad no superior a la de la luz. Es sólo el resultado de la experiencia de Alice a Bob a continuación, puede hacer una medición en su fotón, que revelará la información contenida en el fotón no se entrelaza.
Dos de los fundadores de la teoría cuántica y de su interpretación física, Werner Heisenberg (izquierda) y Niels Bohr (derecha). Heisenberg supuso el origen de la teoría de campo cuántica relativista con Pauli. Su trabajo sentó las bases sobre las que Fermi y Dirac desarrollaron la electrodinámica cuántica. © AIP, Niels Bohr Library
Teletransportación y fluctuaciones cuánticas
Durante varios años, el físico japonés Masahiro Hotta explora con sus colegas la posibilidad de también de la teletransportación energía cuántica. Resulta que las fluctuaciones cuánticas de campo, tales como los que existen en un vacío como el campo electromagnético existente o los de la materia condensada asociada con los fonones, magnones y otras cuasi-partículas, que también conducen a entrelazamiento cuántico. Por lo tanto, hay fluctuaciones en el contenido de energía del campo electromagnético alrededor de su estado mínimo. Estas fluctuaciones son descritas por la desigualdad de Heisenberg.
Hotta ha mostrado que midiendo localmente la energía del vacío cuántico, la energía transferida durante la medición se pudo recuperar en otro punto en el espacio por otro observador que realiza una medición, siempre que se comuniquen los resultados la primera medición. La situación es completamente análoga a la teleportación cuántica debido al entrelazamiento de las fluctuaciones del vacío cuántico. Sin embargo, los cálculos iniciales mostraron que la cantidad de energía transferida disminuye muy rápidamente con la distancia.
El estado de energía mínima de las fluctuaciones del vacío cuántico alrededor de un valor constante pueden tomarse como nulos. Temporalmente y localmente, la densidad de energía puede ser positiva o negativa, y estas fluctuaciones pueden estar entrelazadas. Para medir localmente estas fluctuaciones, el observador Alice inyecta energía en las fluctuaciones del vacío, que pueden ser explotadas por Bob si conoce el valor de la medición hecha por Alice. La energía total se conserva. El teletransporte cuántico puede ser posible en distancias arbitrarias si los dos observadores miden un estado de vacío cuántico que se ha “comprimido” (squeezed state en Inglés ). © Masahiro Hotta
Teleportación y efecto Hall cuántico
Recientemente, los investigadores se han dado cuenta de que existe, en teoría, una forma de evitar este obstáculo. Era el estado de la brecha entre los dos observadores que se corresponde con lo que se llama un estado comprimido. Tal estado es bien conocido en la óptica cuántica. Básicamente, con estados comprimidos, las fluctuaciones cuánticas son mínimas y las desigualdades de Heisenberg se convierten en igualdades.
Masahiro Hotta ha continuado trabajando esta idea con sus colegas y los últimos resultados de sus reflexiones se han publicado en un artículo en arXiv. Él sugiere ahora que podría hacerse teletransportación de energía sin límite de distancia, pero hay que decir que parece ser muy problemático y es un fenómeno especialmente restringido a situaciones físicas muy específicas. El investigador propone poner a prueba sus ideas con los sistemas físicos que presentaban un efecto Hall cuántico. Es suficiente con estirar el sistema para crear una distancia corta a partir de un estado comprimido asociado con el transporte de corriente de campo eléctrico que se muestra por el efecto Hall. Entonces podríamos verificar que el teletransporte cuántico de energía es posible de acuerdo con los nuevos cálculos de los físicos. Otra área en la que la teoría de la teleportación cuántica de la energía podría ser verificada es la cosmología. La teoría de la inflación utiliza estados exprimidos.
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