Récord de Distancia en Entrelazamiento Cuántico … ¡Más de 33 Km!

^{Por Dra. Inés Urdaneta / Fisíco de Resonance Science Foundation}

El entrelazamiento cuántico, acuñado por Einstein como "acción espeluznante a distancia", ha logrado un récord de comunicación a larga distancia, según ha informado un equipo de la Universidad Ludwig-Maximilians de Múnich (LMU) y la Universidad del Sarre, en su publicación en  Nature [1].

El entrelazamiento es la propiedad por la que dos entidades cuánticas, como los átomos, están conectados de tal manera que sus estados cuánticos individuales no pueden describirse independientemente. Por lo tanto, cuando se produce un cambio en una de las entidades, la otra modifica su estado para preservar la relación entre ambas, sin importar la distancia que les separe. 

Esta característica parece desafiar la relatividad especial de Einstein, en la que nada, ni siquiera la información, podía viajar más rápido que la velocidad de la luz. Es como si la correlación entre las partículas entrelazadas se preservara "instantáneamente" por algún mecanismo milagroso que implica una no-localidad intrínseca del espacio-tiempo. Nuestro artículo de RSF titulado ¿Emerge el espacio-tiempo del entrelazamiento? aborda esto último [2].  

Los autores que establecen el último récord de conservación de estados entrelazados a lo largo de grandes distancias, demostraron el entrelazamiento entre dos átomos de rubidio individuales confinados independientemente producidos a través de fibras ópticas con una longitud de hasta 33 km, generando el entrelazamiento átomo-fotón en dos nodos situados en edificios que están a 400 m de distancia.  Para superar la alta atenuación de pérdidas en las fibras, convirtieron los fotones a la longitud de onda de las telecomunicaciones mediante una conversión de frecuencia cuántica que preservara la polarización.

^{Figura 1: En cada nodo, situado en edificios separados por 400 m, se carga un único átomo de 87Rb en una trampa dipolar óptica. Ambos átomos se excitan de forma sincronizada al estado para generar el entrelazamiento átomo-fotón en la posterior decadencia espontánea. Los fotones individuales emitidos a una longitud de onda de 780 nm se recogen utilizando objetivos de alta apertura numérica y se acoplan en fibras monomodo que conducen a los dispositivos QFC. Allí, se convierten a la longitud de onda de telecomunicaciones (λ = 1.517 nm) mediante la generación de frecuencias diferenciales. Esta configuración mantiene plenamente el estado cuántico de polarización del fotón. Los fotones convertidos se guían a una estación intermedia mediante cables de fibra con longitudes de hasta 16,5 km, donde el entrelazamiento se intercambia con los átomos mediante un BSM. Tras generar con éxito el entrelazamiento átomo-átomo, los átomos se analizan de forma independiente mediante un pulso de lectura cuya polarización, establecida por una placa de media onda (HWP) y una placa de un cuarto de onda (QWP), define el ajuste de la medición. Los PC son los controladores de polarización. Figura y texto tomados del original.}

Los resultados se muestran a través de la distribución del entrelazamiento entre dos nodos cuánticos remotos (átomos de ⁸⁷Rb atrapados y manipulados independientemente en ubicaciones separadas por 400 m) generados a través de cables de fibra con una longitud de hasta 33 km. El experimento comienza con el entrelazamiento del estado de espín de un átomo con el estado de polarización de un fotón en cada nodo. Luego cada átomo se excitó con un pulso láser, que hace que emita un fotón que está entrelazado cuánticamente con el átomo.

A continuación, los fotones emitidos por los átomos a 780 nm se convierten en longitudes de onda de telecomunicación y se envían por los cables de fibra óptica con 16,5 km de longitud, para reunirse en una estación receptora situada en el centro, lugar en el que se realiza una medición del estado de Bell (BSM) para intercambiar el entrelazamiento con los átomos. Como los fotones se someten a una medición conjunta, se entrelazan entre sí, y como cada uno ya estaba entrelazado previamente con su propio átomo, los dos átomos también se entrelazan entre sí.

La clave es que los fotones mediadores se convirtieron en una longitud de onda más larga para que viajaran más lejos a través de las fibras - su longitud de onda natural de 780 nanómetros (nm) significa que normalmente se perderían después de unos pocos kilómetros, por lo que antes de iniciar su viaje el equipo los pasó por un dispositivo para convertirlos en una longitud de onda de 1.517 nm. Se trata de una longitud de onda cercana a los 1.550 nm que se utilizan habitualmente en las telecomunicaciones por fibra óptica, lo que reduce las pérdidas..- Michael Irving.

Las redes que funcionan con esta novedosa tecnología son más rápidas y seguras. Será cuestión de tiempo para que las redes entrelazadas estén disponibles y sean habituales en nuestra vida cotidiana.

Este nuevo récord se alinea bien con el reciente experimento en el que, por primera vez, se enviaron simultáneamente fotones codificados cuánticamente y señales clásicas, a través de una distancia a escala metropolitana (50 km) con una precisión de sincronización sin precedentes que permite identificar y manipular con precisión los pares de fotones entrelazados que intervienen en las redes cuánticas a grandes distancias y en condiciones reales [3].

Todo esto proporcionará una base sólida para el procesamiento de la información cuántica (computación cuántica), ofreciendo un aumento exponencial de las capacidades de cálculo que hoy en día parecen de otro mundo. 

RSF en perspectiva:

Cuando se midió experimentalmente por primera vez, se suponía que el entrelazamiento se producía en escenarios extremadamente raros que implicaban sólo unos pocos objetos cuánticos en condiciones experimentales extremas. Sin embargo, hoy en día se ha detectado este efecto en muestras macroscópicas y a temperatura ambiente.

Esto tiene enormes implicaciones en nuestra compresión de la naturaleza de la realidad. Si el entrelazamiento ocurre con mucha más frecuencia de lo que se pensaba, ello podría significar que la no-localidad es la regla, en lugar la excepción. Muchos de los fenómenos que siguen sin ser explicados por las principales teorías físicas tendrían probablemente una explicación en términos de entrelazamiento. De hecho, dado que las principales teorías concluyen que el 95% de nuestro universo está compuesto de masa oscura y energía oscura -que aún no se han detectado-, cabe preguntarse si efectos relacionados con el entrelazamiento podría sustituirlas.

Una red entrelazada de este tipo podría proporcionar un mecanismo cuasi-instantáneo de retroalimentación que conectara todas las escalas del universo, actuando como una enorme red neuronal [4]. Esto tiene importantes implicaciones en relación con una evolución guiada hacia un orden de complejidad superior, y también en la conciencia y la autoconciencia.

William Brown, biofísico de RSF, abordó esto último en sus interesantísimos trabajos titulados The Space-memory Network: From Cosmogenesis to Consciousness (La Red de Espacio-Memoria, de la Cosmogénesis a la Cosnciencia) [5] y Unified Physics and The Nexus of Awareness (El Nexo de La Consciencia) [6].     

References:

[1] van Leent, T., Bock, M., Fertig, F. et al. Entangling single atoms over 33 km telecom fibre. Nature 607, 69–73 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-04764-4.

[2] Urdaneta, I. Does Space-time Emerge From Entanglement? The Resonance Science Foundation.June 06, 2020.

[3] Urdaneta, I. Scaling of Quantum Computing to Macroscopic regime is Closer! The Resonance Science Foundation. July 01, 2022.

[4] William Brown, The Universe Organizes in a Galactic Neuromorphic Network, The Resonance Science Foundation. May 04, 2021.

[5] Haramein, N., Brown W., & Val Baker, A. K. F. (2016). The Unified Spacememory Network: from cosmogenesis to consciousness, Journal of Neuroquantology.

[6] William Brown. Unified Physics and the Entanglement Nexus of Awareness 2019. Journal of Neuroquantology; Vol 17, No 7 (2019)