Un equipo internacional de investigadores, incluidos científicos de la Universidad de Paderborn, ha alcanzado un hito significativo en el camino hacia una internet cuántica. Por primera vez, lograron teletransportar el estado de polarización de un solo fotón de un punto cuántico a otro físicamente separado. En términos sencillos, hicieron que las propiedades de un fotón saltaran a otro mediante teletransportación cuántica, lo que suena a algo de Star Trek pero en realidad es solo la física presumiendo.

El experimento utilizó un enlace óptico de espacio libre de 270 metros para conectar los sistemas, y los resultados se han publicado en la revista Nature Communications. Los investigadores doctorales y posdoctorales de Paderborn pasaron unos diez años en mediciones ópticas, análisis de datos y evaluación, trabajando estrechamente con el equipo del profesor Rinaldo Trotta de la Universidad Sapienza de Roma.

"El experimento demuestra de manera impresionante que las fuentes de luz cuántica basadas en puntos cuánticos semiconductores podrían servir como una tecnología clave para futuras redes de comunicación cuántica", explicó el profesor Klaus Jöns, jefe del grupo de investigación 'Dispositivos Fotónicos Híbridos Cuánticos' en Paderborn. "La teletransportación cuántica exitosa entre dos emisores cuánticos independientes representa un paso vital hacia repetidores cuánticos escalables y, por lo tanto, la implementación práctica de una internet cuántica".

El avance dependió de contribuciones de varios centros de investigación europeos. Los puntos cuánticos fueron diseñados en la Universidad Johannes Kepler de Linz, la nanofabricación de resonadores se realizó en la Universidad de Würzburg, y los experimentos de teletransportación tuvieron lugar en la Universidad Sapienza de Roma, donde los científicos conectaron dos edificios utilizando ese enlace óptico de espacio libre de 270 metros. El sistema utilizó sincronización asistida por GPS, detectores de fotón único ultrarrápidos y métodos de estabilización para contrarrestar la turbulencia atmosférica. La fidelidad del estado de teletransportación alcanzó hasta el 82 ± 1%, superando el límite clásico en más de 10 desviaciones estándar, que es la forma científica de decir "estamos bastante seguros de que esto funcionó".

Este logro abre la puerta al 'entrelazamiento por intercambio' entre dos puntos cuánticos, lo que crearía el primer repetidor cuántico utilizando dos fuentes deterministas de pares de fotones entrelazados. Las fuentes deterministas pueden producir de manera confiable fotones individuales casi a demanda, aunque desarrollarlas ha sido un gran desafío, porque por supuesto nada en la mecánica cuántica es fácil.

Casualmente, otro equipo de investigación de Stuttgart y Saarbrücken reportó un logro similar utilizando conversión de frecuencia casi al mismo tiempo. Juntos, estos resultados marcan un hito importante para la investigación cuántica en Europa y acercan la visión de una internet cuántica funcional a la realidad, asumiendo que la realidad no se enrede demasiado consigo misma.