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Tio Petros

Einstein, annus mirabilis. Jornada 3 (1)

PRIMERA PONENCIA DE LA MAÑANA


Ponente: ANTON ZEILINGER Universidad de Viena

Einstein y el mundo cuántico en la actualidad

El profesor Zeilinger, miembro de Austrian Academy of Sciences, es especialista en teletransportación cuántica.

La charla comienza con un repaso por los papers publicados por Einstein, en los que aparecen los gérmenes de lo que posteriormente sería la teoría mecanocuántica. En 1.905, su annus mirabilis; publica "Uber eine die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffende heuristischen Gesichtspunkt" , terrible título con una traducción un poco más tranquilizadora: Sobre la producción y la transformación de la luz desde un punto de vista heurístico .

Ya en 1.909 escribe a Max Born una carta en la que figura su conocidísima y socorrida frase de no creo que Dios juege a los dados

Bohr contestaría a Einstein años después: deja ya de decir al Señor cómo debe dirigir el mundo

Zielinger se centra en su charla en un aspecto básico de la mecánica cuántica: la superposición de estados cuánticos. Un simple experimento de generación de fotones puede generar una ristra de números aleatorios con sólo medir el estado de spin de los sucesivos fotones que van surgiendo. Las ristras así obtenidas han sido consideradas como las mejores secuencias aleatorias jamás conseguidas, lo que prueba fehacientemente que el estado del spin de los fotones obtenidos es una superposición de dos estados posibles con la misma probabilidad. ANtes de la observación, en estado del fotón es una superposición de todos los estados posibles promediados con unos pesos complejos, de forma que el módulo de la suma de todos ellos está normalizado a la unidad. Cuando se efectúa la observación se produce lo que se llama el colapso de la función de onda, y observamos tan sólo uno de los posibles estados.

Mediante la paradoja EPR, Einstein Podolsky y Rosen plantearon un experimento muy especial: el experimento planteado por EPR consiste en dos partículas que interactuaron en el pasado y que quedan en un estado entrelazado. Dos observadores reciben cada una de las partículas. Si un observador mide el momento de una de ellas, sabe cual es el momento de la otra. Si mide la posición, gracias al entrelazamiento cuántico y al principio de incertidumbre puede saber la posición de la otra partícula en forma instantánea, lo que contradice el sentido común.

Los tres autores presentaron esta paradoja (que realmente no es tal) como una crítica a las no localidad de la mecánica cuántica.

Muy posteriormente, el Teorema de Bell demostrará que las teorías realistas locales no pueden dar cuenta de los efectos mecanocuánticos, dando al traste con la pretensión de encontrar tales teorías.

La utilización de la mecánica cuántica en teoría de la información parte de la idea de utilizar estados cuánticos como unidades de información, llamados qubits .

Una de las primeras aplicaciones de la información cuántica es la de dinero cuántico no copiable , idea propuesta por Stephen Wiesner ya en 1.970, que se basa en la impresión de bits cuánticos en los billetes. Dado que no se pueden clonar, sería imposible la duplicación.

Zeilinger efectúa un repaso a los cuatro apartados más importantes de las teorías de la información cuántica:

1.- Codificación densa cuántica.

De los 1000 átomos por bit de las mayores densidades de almaenamiento por métodos clásicos poderíamos pasaqr a 2 bits por fotón. El aumento es increíble.

2.- Criptografía cuántica.

Existe seguridad incondicional de claves en una transcripción cifrada si y solo si se dan tres condiciones

A: La clave es totalmente aleatoria, (no se usa dos veces la misma correspondencia entre carácter del mensaje y carácter que se transmite).

B: La longitud de la clave es igual a la longitud del mensaje

C: Esta clave se usa una sola vez.

Y aún así, existe un problema: la distribución de la clave a ambos extremos de forma segura. Aquí es donde entra de lleno la criptografía cuántica, que utiliza el entrelazamiento de fotones para llevar a ambos extremos del canal de comunicación dos mensajes aleatorios idénticos sin posibilidad de copia por un observador ajeno al canal. El proceso es así: Se crean dos fotones entrelazados por medio de una fuente EPR y se mandan a los extremos, donde se miden sus spines. Se pueden editar protocolos de polarización adecuados para evitar el espionaje.

El emisor hace una operación OR EXCLUSIVA (XOR) entre bit a bit entre cada bit del mensaje y cada bit generado por el procedimiento anterior. Se envía la mezcla y se decodifica a la llegadad con otra XOR. La primera imagen mandada por este procedimiento fué la Venus de Willendorf , que fué decodificada sin problemas.

3.- Teleportación cuántica.

La teleportación cuántica ha sido demostrada experimentalmente por el propio Zeilinger. Primeramente propuesta por Charles Bennet de la IBM (914-945-3118) y sus colegas, la teleportación cuántica le permite a los fisicos tomar un foton (o cualquier otra particula de escala cuántica, por ejemplo un atomo), y transferir sus propiedades a otro foton, aun si ambos fotones se encuentran en extremos opuestos de la galaxia. Hay que tener en cuenta, que este proceso transporta las propiedades de la particula a algun lugar remoto, pero no la particula misma.

Lo importante es que se trata de transportar información de un sistema cuántico de un punto A a un punto B sin medirlo previamente , proceso que produciría el colapso de su función de onda.

4.- Teleportación del entrelazamiento cuántico.

Aquí se trata de algo más difícil aún la cración de un par de fotones entrelazados a pesar de ser independientes en su creación (no provienen de la misma fuente EPR). e usará para la interconexión cuántica de ordenadores.

Para las transmisiones cuánticas no hay límite teórico de distancia, pero hay limitaciones prácticas, debido a que los estados cuánticos no se pueden amplificar. Por medios de fibra óptica el límite actual está en el orden de 100 Km, igual que en transmisiones aéreas. Por satélite, dado el cambio de medio la distancia se alarga a unos miles de Km.

Termina la charla el profesor Zeilinger hablando del chip QUANTIUM, entelequia no existente por supuesto y de las posibles bondades. Se muestra precavido ante la posibilidad de adivinar el futuro, comentando afirmaciones pretéritas fallidas estrepitosamente como la de la revista Popular mechanics , que en 1.949 afirmaba que los ordenadores del futuro pesarían sólo una tonelada y media.

Al final da la página web de su departamento, para más información: www.quantum.at
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