Un equipo de científicos ha conseguido simplificar el proceso de conectar en un laboratorio dos partículas a través del entrelazamiento cuántico en una red extendida, con ayuda de un modelo de inteligencia artificial (IA). Experimentos similares a este son considerados como las bases del internet cuántico del futuro y la interconexión de máquinas cuánticas.
El ABC del entrelazamiento cuántico y el internet del futuro
La realidad en niveles subatómicos, en palabras de Albert Einstein, es “espeluznante”. Es de naturaleza granular, un término elegante para decir que todo está compuesto por unidades discretas o puntos. Además, el comportamiento de las partículas es completamente distinto al mundo de la física clásica; por ejemplo, al mismo tiempo actúan como ondas y como partículas, según la forma en que se observe, pueden tener múltiples estados a la vez, se relacionan a través de su momento angular cuántico (espín) y, más extraño aún, pueden entrelazarse entre sí.
El entrelazamiento cuántico «es la idea de que las partículas del mismo origen, que una vez estuvieron conectadas, siempre permanecen conectadas», afirma la NASA. Si un elemento cambia su estado, otro con el que estuvo vinculado también cambiará, independientemente de la distancia. Los físicos suelen usar una metáfora de dos monedas para explicar el fenómeno. Si una moneda estuviera entrelazada con otra, ambas siempre tendrían el mismo resultado cuando se lancen.
Como este cambio de estado entre dos partículas vinculadas es instantáneo, independientemente de la distancia, hay un ejército de científicos intentando utilizarlo para establecer una forma de comunicación sin barreras y teletransportar información. Los experimentos para formar una red de información cuántica no son exactamente nuevos. Pero ahora se ha localizado la principal barrera de este sistema de envíos: hay un problema con las partículas que no han interactuado entre sí antes.
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Cómo entrelazar partículas que nunca se han visto
La teoría dice que dos partículas se entrelazan sin importar el espacio. Quienes aspiran a utilizarlo con fines de comunicación han encontrado dificultades para ello. Solo las partículas que han interactuado antes pueden experimentar entrelazamiento cuántico. Esto supone que, primero, las partículas deben vincularse en laboratorios y luego se transportan hasta sus destinos finales. El proceso no solo es poco práctico, está lleno de riesgos que comprometen la teletransportación de información cuántica.
Hay una solución que parece sacada de una novela de romance. Los científicos han aprendido a intercambiar el entrelazamiento de las partículas, utilizando más de estas, mezclándolas entre sí y separándolas a través de intervención. El proceso además es conceptualmente similar a una red tradicional, con entradas, nodos y salidas.
La teoría es extensa, pero puede resumirse. Imagina dos pares de partículas entrelazadas AB y CD. El objetivo es que A se vincule con D, aunque ninguna de las dos haya interactuado antes. La técnica del intercambio de entrelazamiento cuántico mide el entrelazamiento de A, B, C y D, y cancela B y C. En consecuencia, A y D ahora están vinculadas.
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Simplificar el intercambio de entrelazamiento
La tecnología que permite el entrelazamiento de partículas todavía está en sus inicios. Además, procesos como el intercambio de entrelazamiento son complejos, costosos y complicados. Todavía no son funcionales para la vida diaria. La ciencia trabaja para simplificar el envío de información, de la misma manera que simplificó el uso de internet.
Y llegados aquí, es donde entra el nuevo logro de Kai Wang y su equipo de científicos. Utilizaron PyTheus, una herramienta de IA específicamente diseñada para emplearse en experimentos de física cuántica óptica, para encontrar una forma más simple de conseguir el entrelazamiento, y así hacer que una partícula A se vincule con D aunque nunca antes hayan estado conectadas.
De acuerdo con su estudio, publicado en la revista Physical Review Journals, entrenaron una red neuronal con un conjunto de datos para que aprendiera la física de los experimentos ópticos. PyTheus halló la forma de reducir los requisitos técnicos para conseguir el entrelazamiento.
«Nuestro proceso alternativo para generar entrelazamiento entre dos partículas que nunca interactúan tiene aplicaciones en la comunicación cuántica en particular, específicamente en la reducción de los requisitos de recursos para implementar redes cuánticas complejas de múltiples nodos. Aquí se demuestra una generalización de esta técnica que puede reducir aún más el número de partículas necesarias para el intercambio de entrelazamiento multipar», concluye el trabajo.
