Un nuevo camino para aumentar la capacidad de información de los sistemas cuánticos complejos se ha abierto con el uso de qubits entrelazados tridimensionalmente.

Esta tecnología, que podría en el futuro permitir la teletransportación de sistemas cuánticos complejos, ha sido descrita en la revista Nature Photonics por científicos de la Universidad de Viena y la Academia de Ciencias de Austria .

Al igual que los bits en las computadoras convencionales, los qubits son la unidad de información más pequeña en los sistemas cuánticos. Grandes compañías como Google e IBM están compitiendo con institutos de investigación de todo el mundo para producir un número creciente de qubits entrelazados y desarrollar una computadora cuántica que funcione.

Pero el grupo austríaco está siguiendo otra línea de investigación: en lugar de simplemente aumentar el número de partículas involucradas, aumenta la complejidad de cada sistema.

“Lo especial de nuestro experimento es que, por primera vez, entrelaza tres fotones más allá de la naturaleza bidimensional convencional“, explica Manuel Erhard, primer autor del estudio. Para este propósito, los físicos vieneses utilizaron sistemas cuánticos con más de dos estados posibles, en este caso particular, el momento angular de las partículas de luz individuales. Estos fotones individuales ahora tienen una capacidad de información más alta que los qubits. Sin embargo, el entrelazamiento de estas partículas de luz resultó ser difícil en un nivel conceptual. Los investigadores superaron este desafío con una idea innovadora: un algoritmo informático que busca de forma autónoma una implementación experimental.

Con la ayuda de un algoritmo informático llamado Melvin, los investigadores encontraron una configuración experimental para producir este tipo de entrelazamiento. Al principio, esto era muy complejo, pero funcionaba en principio. Después de algunas simplificaciones, los físicos aún enfrentaban grandes desafíos tecnológicos. El equipo fue capaz de resolver estos problemas con tecnología láser de vanguardia y un puerto múltiple especialmente desarrollado. “Este multipuerto es el corazón de nuestro experimento, y combina los tres fotones para que se entrelacen en tres dimensiones”, explica Manuel Erhard.

La propiedad peculiar del enredo de tres fotones en tres dimensiones permite la investigación experimental de nuevas cuestiones fundamentales sobre el comportamiento de los sistemas cuánticos. Además, los resultados de este trabajo también podrían tener un impacto significativo en las tecnologías futuras, como la teletransportación cuántica.

“Creo que los métodos y tecnologías que desarrollamos en esta publicación nos permiten teletransportar una mayor proporción de la información cuántica total de un solo fotón, lo que podría ser importante para las redes de comunicación cuántica”, dice el coautor Anton Zeilinger.