Gracias a un contenido publicado en el distrito de Actualidad hace unos horas, hemos podido saber que un grupo internacional de cientificos lograron teletransportar cuanticamente un foton desde la isla de Tenerife hasta la de La Palma, en un recorrido de 143km al aire libre. A raiz de que algunos usuarios se interesaron por el tema en los comentarios, decidi explicar de la mejor forma que pude en que consistia esto, y las diferencias entre el teletransporte 'basico' que todos tenemos en mente al leer dicho termino. 

Espero no haberme explicado mal en ningun punto de esta columna, y por favor si algo no queda lo bastante claro, preguntadme. Intentare responder las dudas con lo poco que se del tema, de la mejor forma que se me ocurra.

Teletransporte cuantico, transferencia de propiedades

El teletransporte cuantico es una tecnologia cuantica que transfiere un estado cuantico a una localización arbitrariamente alejada usando un estado de entrelazamiento cuántico distribuido y la transmisión de cierta información clásica. La teleportación cuántica no transporta energía o materia, ni permite la comunicación de información a velocidad superior a la de la luz, pero es útil en comunicación y computación cuánticas.

Para empezar, supongamos que tenemos dos puntos A y B en el espacio. Los mas normal a la hora de hablar de teletransporte,  es pensar en que si me teletransportase desde el punto A hasta el B, yo ya no estaría físicamente en A pero sí en B, y se habria transferido mi forma física instantáneamente de un lugar a otro, descomponiéndome y volviéndome a recomponer a nivel subátomico. Esto es algo imposible de acuerdo con la mecánica cuántica, clásica, relativista y todas por igual.

En el teletransporte cuántico ni se transmite materia entre dos puntos, ni el proceso se produce de forma instantánea como ha mostrado la industria del cine durante mucho tiempo.

Voy a poner un ejemplo bastante exagerado de como se penso que seria este proceso (no es como se ha hecho lo de #0, pero se acerca), hasta que en 1993 R. Jozsa, C. Crépeau, G. Brassard, C. H. Bennett, W. K. Wootters y A. Peres publicaron 'Teleporting an Unknown Quantum State via Dual Classical and Einstein-Podolsky-Rosen Channels' para definir un proceso teorico factible que permitiese conseguir este objetivo:

Supongamos que estas en un punto X en la isla de Tenerife; tu tendrías asignada una posición exacta en el espacio, y las partículas fundamentales que te componen como algo real tendrían una determinada velocidad, ademas de otros valores. Si yo fuese capaz de transferir toda esa información que te indico CON TOTAL EXACTITUD a otro lugar diferente, pongamos un punto Y en la isla de La Palma, para cada una de las partículas fundamentales que componen tu cuerpo, y suponiendo que yo tuviese la suficiente cantidad de átomos a la que asignar todos esos datos y que cada uno de ellos tuviesen la misma velocidad, posición relativa, etc. a los tuyos, lo que habria conseguido es una copia exacta y perfecta de ti al transferir todos tus 'datos' a un montón de átomos en el punto Y, La Palma.

Así pues, si estabas en Tenerife, se aplica este proceso y te teletransportas cuánticamente hasta La Palma, podríamos destruir tu cuerpo ubicado en Tenerife, y en cierto modo se podría decir que te has teletransportado hasta la Palma. Pero claro, ahora llegamos a lo de siempre, ¿la persona que existe en La Palma eres tu realmente? Se supone que es idéntico a ti, un clon exacto pero no solo físicamente, sino de todo lo que te define a ti como persona (gustos, ideologías, recuerdos, etc.), por lo que una vez mas se abre un debate filosófico.

Pero claro, eso requiere conocer con exactitud todas la variables de todos los átomos que componen tu cuerpo, y dado que un mundo cuántico no se puede estudiar un sistema sin alterarlo, es, en la practica, imposible (Principio de incertidumbre de Heisenberg).

Entonces, ¿que pasaria si intentamos hacer esto, pero en lugar de tener que analizar nosotros las variables de cada particula, establecemos un entrelanzamiento cuántico? Para explicarlo, uso el ejemplo del fotón que es lo que han hecho realmente (a lo mejor queréis coger una hoja de papel e ir dibujando), para simplificarlo todo.

Un fotón solo puede estar polarizado horizontal o verticalmente (es decir, solo tiene dos estados de polarización, motivo por el que se ha usado como prueba). Pues bien, supongamos que el fotón esta en cualquiera de los dos estados (que al fin y al cabo es la superposición de las probabilidades de que este en uno u otro):

A|foton.polarizado.verticalmente> + B|foton.polarizado.horizontalmente>

A y B representan la probabilidad de que este en un estado. Ahora mejoremos el ejemplo con valores exactos:

(1/2)|foton.polarizado.verticalmente> + [3^(1/2)]|foton.polarizado.horizontalmente>

Es decir, hay mas probabilidades de que este polarizado horizontalmente.

Se podría pensar que lo mas fácil para resolver el problema de la probabilidad de que este en un estado u otro, es hacer que en un punto P un fotón este polarizado verticalmente a propósito, y que en otro punto Q un fotón polarizado exactamente igual, esté esperando a recibir el resto de información del primero, así se resuelve el problema de 'no se en que estado esta, y el principio de incertidumbre de Heisenberg me impide analizarlo sin alterarlo'. Pero, si hacemos esto, ¿no nos quedaríamos solo con una parte de los estados del fotón { (1/2)|foton.polarizado.verticalmente> }, ya que estamos haciendo una copia solo con esa información? Si, y la 'copia' que haríamos perdería la probabilidad de estar polarizada horizontalmente { [3^(1/2)]|foton.polarizado.horizontalmente> } por haberlo manipulado de este modo.

Entonces, para llevar a cabo este teletransporte cuántico, hacemos lo siguiente. Se producen (no me pregunteis como) dos fotones entrelazados cuánticamente, ALFA y BETA, es decir, que tengan estados SIEMPRE OPUESTOS (no quiere decir fijos, simplemente opuestos en todo momento estén donde estén). A esto se le llama entrelazamiento cuántico como digo, es una relación de dependencia independiente de la posición en la que estén.

Ahora, cogemos un fotón ajeno a esto, cualquiera, llamado GAMMA. Los repartimos así:

Recordad que ALFA y BETA están entrelazados cuánticamente. Lo que yo quiero, es que TODOS los 'datos' de GAMMA pasen a BETA, es decir, que BETA SEA UNA COPIA EXACTA DE GAMMA; hacer un teletransporte cuántico.

Volvemos a lo de antes, no puedo limitarme a analizar a GAMMA, y transferir su información a BETA, por el principio de Incertidumbre de Heisenberg, ya que si lo hago alterare las propiedades del primero y no seria una 'copia' suya.

GAMMA, como fotón, tiene una personalidad única, que se define como:

(1/2)|foton.polarizado.verticalmente> + [3^(1/2)]|foton.polarizado.horizontalmente>

Es decir, lo de antes, la suma de las probabilidades de que esté en un estado u otro (es como las funciones matemáticas; el conjunto de todos los intervalos donde f(x) puede existir determina el dominio de la función). Ahora es donde entra en juego el entrelazamiento cuántico existente entre ALFA y BETA.

Volvemos a esto:

ALFA y BETA  están entrelazados cuánticamente, y repartidos en dos puntos distintos de ese modo. Ahora se complica todavía mas.

Entrelazamos cuánticamente ALFA y GAMMA, por lo que nos queda que GAMMA esta entrelazado cuánticamente con ALFA y ALFA esta entrelazado cuánticamente con BETA [ aquí no se puede aplicar un silogismo hipotetico, es decir,  (A-->B) ^ (B-->C) --> (A-->C) ]. Una imagen para dejarlo mas claro:

Bueno, ahora que ALFA y GAMMA están entrelazados cuánticamente, es decir, que cada uno tendrá el estado opuesto al otro, estamos listos. Recuerda, que ALFA y GAMMA están el mismo sitio, cada uno puede tener un único estado definido por esto:

(1/2)|foton.polarizado.verticalmente> + [3^(1/2)]|foton.polarizado.horizontalmente>

Entonces es lógico decir que lo anterior es igual a ALFA + GAMMA porque si cada uno va a tener el estado contrario al otro, y solo hay dos estados posibles, no queda nada por cubrir.

Recordad que queríamos que BETA fuese una copia exacta de GAMMA. Entonces, si ahora medimos el estado de ALFA + GAMMA, obviamente vamos a alterarlos por el principio de Incertidumbre de Heisenberg. Tenemos una parte de ellos, una parte de la información que queríamos transmitir.

Ahora, la información que hay en GAMMA y que es la que hemos medido, dado que es el fotón a copiar, no esta completa. ¿Donde esta la otra parte? En ALFA, puesto que estaban entrelazados cuánticamente. Ahora llega algo que no consigo entender. La parte de la información original que tenia ALFA pasa a BETA, y es justamente la informacion que complemente a la que GAMMA ya posee.

Tras todo esto, BETA puede acabar en dos estados, 50% de probabilidades:

(1/2)|foton.polarizado.verticalmente> + [3^(1/2)]|foton.polarizado.horizontalmente>

o

[3^(1/2)]|foton.polarizado.verticalmente> + (1/2)|foton.polarizado.horizontalmente>

Entonces, ahora solo quedaría transmitir la información de GAMMA a BETA, de manera que el fotón BETA sea idéntico a lo que es GAMMA original.

Después de leer todo esto, si es que alguno ha tenido las ganas de acabarlo, entenderéis porque se hace con fotones. Imaginad que lo hacéis con un cuerpo mas complejo cuyas particulas tiene muchísimos estados o incluso infinitos (una persona).