lunes, 24 de agosto de 2015

Nuevas dimensiones de información cuántica añadidas a través de nuevo descubrimiento


En la criptografía cuántica, la codificación de fotones entrelazados con determinados estados de espín es una técnica que asegura que los datos transmitidos a través de redes de fibra óptica lleguen a su destino sin ser interceptados o modificados. Sin embargo, como cada par entrelazado por lo general sólo es capaz de ser codificado con un estado (generalmente la dirección de su polarización), la cantidad de datos transportados se limita a un solo bit cuántico por fotón. Para hacer frente a esta limitación, un grupo de investigadores han ideado una manera de "hiperentrelazar" fotones que, de acuerdo a estos científicos, podría aumentar la cantidad de datos transportados por un par de fotones hasta 32 veces.

En esta investigación, un equipo dirigido por ingenieros de UCLA ha comprobado que es posible romper y entrelazar pares de fotones en muchas dimensiones utilizando propiedades tales como la energía y el spin de los fotones, de tal manera que cada dimensión adicional duplica la capacidad de transporte de datos de cada par de fotones entrelazados. Usando esta técnica, conocida como "hyperentanglement", cada par de fotones es capaz de ser programado con muchos más datos de lo que antes era posible con métodos de codificación cuántica estándar.

Para lograr esto, los investigadores transmitieron fotones hiperentrelazados en la forma de un peine de frecuencias de dos fotones (esencialmente una serie de frecuencias individuales, dispuestas equidistantemente) que divide los fotones entrelazados en partes más pequeñas. Siendo una extensión de la técnica de multiplexación por división de longitud de onda (el proceso utilizado para transmitir simultáneamente cosas tales como múltiples señales de vídeo a través de una sola fibra óptica), el peine de frecuencias de dos fotones demuestra las aplicaciones útiles de tales métodos no sólo a nivel macro, sino también a nivel cuántico.

"Demostramos que un peine de frecuencia óptica se puede generar a nivel de un fotón único," dijo Zhenda Xie, profesor asociado de ingeniería eléctrica en la UCLA y científico investigador en el proyecto. "Esencialmente, estamos aprovechando conceptos de división de longitud de onda de multiplexión en el nivel cuántico".

Trabajando con base en las teorías anteriores propuestas por el profesor Jeff Shapiro, del MIT, sobre las posibilidades del entrelazamiento cuántico en relación con los peines de frecuencia óptica, es sólo con las recientes adaptaciones de detectores de fotones ultrarrápidos y el avance de las diversas tecnologías de soporte necesarias para generar el "hiperentrelazamiento", que tales hipótesis se pueden probar físicamente.

Tenemos la suerte de verificar una predicción teórica que existe desde hace varias décadas, formulada por el profesor Jeff Shapiro, del MIT, quien predijo que el entrelazamiento cuántico puede ser observado en un estado similar a un peine", dijo Chee Wei Wong, profesor asociado de la UCLA de ingeniería eléctrica que es el investigador principal del proyecto de investigación. "Con la ayuda de lo último en detectores de fotones de alta velocidad en el NIST y el apoyo del Dr. Franco Wong, el Dr. Xie pudo verificar el entrelazamiento de fotones en más dimensiones y múltiples grados de libertad . Estas observaciones demuestran un nuevo enfoque fundamentalmente seguro para el procesamiento de grandes cantidades de información y las comunicaciones".

Si esta investigación puede ser replicada con éxito y de forma continua, la codificación cuántica ya no estará atada a las limitaciones de un solo bit cuántico (qubit). Más bien, la investigación del hiperentrelazamiento cuántico puede ahora avanzar en el terreno del qudit (una unidad de información cuántica codificada en cualquier número de estados d, donde d es una variable), donde la información cuántica codificada capaz de ser transmitida teóricamente puede ser multiplicada muchas veces mediante la codificación simultánea de los niveles de energía, estados de espín y otros parámetros inherentes a los atributos cuánticos de un fotón.

Aparte de las aplicaciones habituales en la comunicación segura y procesamiento de la información, y la transferencia de datos de alta capacidad con un mínimo de errores, el equipo cree que una serie de otras tecnologías podrían beneficiarse de este avance. Las necesidades de procesamiento y transmisión intensiva de grandes cantidades de información de servidores médicos, la transferencia de información gubernamental, la transferencia de datos financieros, los canales de comunicaciones militares ultra-seguros, la computación cuántica distribuida y las comunicaciones de nube cuántica son sólo algunas de las áreas que los investigadores afirman que pueden beneficiarse con este nuevo método.





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