Rècord d’entrellaçament quàntic de múltiples dimensions / UAB

Un equip internacional d’investigadors amb participació de la Universitat Autònoma de Barcelona assoleix un entrellaçament de 103 dimensions amb només dos fotons. El rècord estava en 11 dimensions. El descobriment podria suposar un gran avenç cap a la construcció d’ordinadors quàntics, amb velocitats de processament molt superiors a les actuals, i cap a un millor encriptament de la informació.

 Els estats en què poden estar les partícules elementals, com els fotons, tenen propietats que escapen al sentit comú. Es produeixen superposicions, com la possibilitat que es trobin en dos llocs al mateix temps, que desafien la intuïció. Quan dues partícules estan entrellaçades es genera a més un vincle: mesurar l’estat d’una d’elles (si està en un o altre lloc, o si gira en un o altre sentit, per exemple) afecta l’estat de l’altra, per lluny que estiguin, de manera instantània.

 Els científics porten anys combinant ambdues propietats per construir xarxes de partícules entrellaçades en estat de superposició, uns muntatges que permeten avançar cap a la construcció d’ordinadors quàntics capaços de realitzar càlculs a velocitats impensables, encriptar informació amb total seguretat i realitzar experiments de mecànica quàntica que serien impossibles de realitzar de cap altra manera.

 Fins ara, per incrementar la capacitat de “càlcul” d’aquests sistemes de partícules s’ha recorregut, principalment, a incrementar el nombre de partícules entrellaçades, cadascuna d’elles en un estat de superposició de dues dimensions: un qubit (l’equivalent quàntic a un bit d’informació, però en el qual els valors poden ser 1, 0, o una superposició de tots dos varlos). Amb aquest mètode s’ha aconseguit fins ara entrellaçar 14 partícules, una autèntica multitud per la dificultat experimental que això suposa.

 Un equip internacional d’investigadors, dirigits per Anton Zeilinger i Mario Krenn, de l’Institut d’Òptica Quàntica i Informació Quàntica de l’Acadèmia Austríaca de Ciències, i en què ha participat l’investigador del Grup d’Informació i Fenòmens Quàntics del Departament de Física de la UAB Marcus Huber, també investigador visitant a l’Institut de Ciències Fotòniques (ICFO), ha donat un pas més en la millora dels sistemes quàntics entrellaçats.

 En un article que es publica aquesta setmana a la revista Proceedings (PNAS), els científics descriuen com han aconseguit un entrellaçament quàntic de, almenys, 103 dimensions  amb només dues partícules. “Tenim dos gats d’Schrödinger que poden estar vius, morts, o en altres 101 estats més simultàniament“, fa broma Huber, “a més, són entrellaçats de tal manera que el què li succeeixi a un afecta immediatament l’altre”. El resultat implica un rècord en l’entrellaçament quàntic de múltiples dimensions amb dues partícules, establert fins ara en 11 dimensions.

 En lloc d’entrellaçar moltes partícules amb un qubit d’informació cadascuna, els científics han generat un sol parell de fotons entrellaçats que podien estar en més de cent estats diferents cada un d’ells, o en qualsevol superposició d’aquests estats, cosa molt més fàcil de dur a terme que entrellaçar moltes partícules. Aquests estats tan complexos corresponen a diferents modes en què es poden trobar els fotons, amb una distribució de la seva fase, del seu moment angular i de la seva intensitat característiques per a cada mode.

 “Aquest entrellaçament quàntic d’alta dimensió ofereix un gran potencial per a les aplicacions d’informació quàntica. En criptografia, per exemple, el nostre mètode permetria mantenir la seguretat de la informació en situacions realistes, amb soroll i interferències. A més, el descobriment podria facilitar el desenvolupament experimental dels ordinadors quàntics, ja que presenta una manera més fàcil per obtenir altes dimensions d’entrellaçament amb poques partícules“, explica l’investigador de la UAB Marcus Huber.

 Ara que els resultats mostren que és accessible obtenir entrellaçament d’altes dimensions, els investigadors conclouen en l’article que el següent pas serà esbrinar com es poden controlar experimentalment aquests centenars de modes espacials dels fotons, per tal de realitzar operacions de computació quàntica.♦