Físicos cuánticos finalmente han hecho algo que ha estado en su lista de tareas pendientes durante más de dos décadas: han medido un tipo específico de entrelazamiento multi-fotónico en el laboratorio. El trabajo proviene de científicos de la Universidad de Kioto y la Universidad de Hiroshima, y podría hacer que las tecnologías cuánticas sean mucho más fáciles de construir.
El logro es un hito genuino. Durante más de 25 años, los investigadores han podido medir un tipo de estado entrelazado pero no otro. Ahora está cerrado.
El Problema Con La Medición Cuántica
El entrelazamiento cuántico es extraño. En un sistema entrelazado, las partículas pierden sus identidades separadas y se comportan como una sola unidad. Mida una partícula y sabrá algo sobre la otra, incluso si está a años luz de distancia. Eso viola la física clásica, razón por la cual Albert Einstein lo encontró famoso por ser problemático.
Medir el entrelazamiento es difícil. Un método común es la tomografía cuántica, que implica realizar muchas mediciones y luego unir los resultados. El problema es que la cantidad de datos necesarios crece exponencialmente con el número de partículas. Agregue algunos fotones y la carga de trabajo explota.
Hay una mejor manera. En lugar de recopilar una montaña de mediciones, puede hacer una medición inteligente que le diga lo que está haciendo el sistema. Los científicos han podido hacer esto para un famoso tipo de estado entrelazado, llamado estado GHZ. Pero nadie había logrado hacerlo para otro estado importante, el estado W.
Hasta ahora.
El Avance de Tres Fotones de Shigeki Takeuchi
El equipo de Kioto se centró en el estado W. El estado W es un estado entrelazado donde los fotones comparten un tipo particular de correlación, y es fundamental en muchos protocolos cuánticos. La clave del trabajo del equipo fue utilizar una propiedad matemática del estado W llamada simetría de desplazamiento cíclico.
En términos sencillos, los fotones en un estado W pueden ser rotados en un ciclo repetitivo sin cambiar el patrón subyacente. El equipo construyó un circuito cuántico fotónico que realiza una transformación de Fourier cuántica, una operación matemática que reorganiza la información cuántica. Esa transformación reveló la estructura oculta del estado W.
Los investigadores probaron su idea con tres fotones. Enviaron fotones individuales al dispositivo con estados de polarización cuidadosamente elegidos, y el sistema distinguió entre diferentes tipos de estados W de tres fotones. Cada estado representa una correlación no clásica particular compartida por los tres fotones entrantes.
También midieron la fidelidad de la medición enredada. La fidelidad le indica cuán confiablemente un sistema cuántico realiza su tarea prevista. En este caso, es la probabilidad de que el dispositivo produzca el resultado correcto cuando se le da una entrada de estado W puro.
Lo que esto significa para la tecnología cuántica
La medición podría acelerar varios campos. La teleportación cuántica, por ejemplo, se basa en el entrelazamiento para mover información cuántica de un lugar a otro. El nuevo enfoque de medición podría hacer que ese proceso sea más rápido y más confiable.
La técnica también podría ayudar con los protocolos de comunicación cuántica, que transfieren estados enredados de múltiples fotones. Y podría ayudar con la computación cuántica basada en la medición, donde las computaciones se realizan manipulando estados enredados.
Shigeki Takeuchi, el autor correspondiente, expuso claramente el riesgo. «Más de 25 años después de la propuesta inicial sobre la medición enredada para estados GHZ, finalmente hemos obtenido la medición enredada para el estado W también, con una demostración experimental genuina para estados W de 3 fotones», dijo.
También destacó la importancia de la investigación básica. «Para acelerar la investigación y el desarrollo de tecnologías cuánticas, es fundamental profundizar nuestra comprensión de los conceptos básicos para poder proponer ideas innovadoras», dijo.
De Tres Fotones a Muchos
La demostración actual funciona con tres fotones. El equipo planea ampliar la escala. Su objetivo a largo plazo es aplicar el método a estados enredados de múltiples fotones a mayor escala y más generales.
También quieren construir circuitos cuánticos fotónicos en chip capaces de realizar mediciones enredadas. Eso haría que la tecnología fuera más compacta y más fácil de integrar en futuros sistemas cuánticos.
Aquí está lo que el equipo está trabajando a continuación:
- Ampliar la técnica a sistemas cuánticos más grandes
- Desarrollo de circuitos cuánticos fotónicos en chip para mediciones entrelazadas.
- Aplicación del método a estados multi-fotón más generales.
| Comparación. | Estado GHZ. | Estado W. |
|---|---|---|
| Estado de medición. | Ya demostrado. | Acabado de demostrar. |
| Propiedad clave. | No especificado en la fuente. | Simetría de desplazamiento cíclico. |
| Casos de uso. | No especificado en la fuente | Teletransportación cuántica, computación |
La diferencia entre los dos estados importa. El equipo de Kioto ha demostrado que el estado W es medible.
El camino por delante
El trabajo del equipo de Kioto cierra una brecha significativa en la física cuántica. Demuestra que las técnicas de medición que funcionan para un tipo de entrelazamiento pueden adaptarse a otros.
El siguiente paso es la escalabilidad. Tres fotones es una prueba de concepto.
La investigación fue publicada en Science Advances en 2025. El artículo se titula «Medición entrelazada para estados W». Los autores son Geobae Park, Holger F. Hofmann, Ryo Okamoto y Shigeki Takeuchi.
El enfoque de medición es una herramienta, no un producto terminado. Pero herramientas como esta hacen posibles los productos terminados. El equipo de Kioto ha demostrado que el estado W es medible, y eso cambia lo que los ingenieros pueden construir.
El camino desde tres fotones hasta muchos es largo, pero comienza en algún lugar. El equipo de Kioto lo inició.
Material fuente: “Avance en la teletransportación cuántica: científicos resuelven un desafío de entrelazamiento de 25 años”, ScienceDaily.
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