Augusto Roncaglia recomienda un paper

Comunicación bidireccional utilizando una única partícula cuántica    

*Por Augusto Roncaglia.    

El proceso de intercambio de información, en forma general, involucra la codificación de un mensaje en un portador o sistema físico -por ejemplo un pulso electromagnético- que se envía luego a un receptor. De esta manera, la capacidad de los sistemas de comunicación para transmitir y procesar información se encuentra limitada por las leyes de la física. En este contexto, se pueden encontrar varios ejemplos donde la utilización de sistemas que operan en el régimen cuántico permite llevar a cabo tareas útiles que resultan imposibles clásicamente.

El escenario que consideraremos aquí puede ser ejemplificado de la siguiente manera: dos compañeros de trabajo, Alice y Bob, se encuentran apartados y cada uno desea comunicarle al otro si asistirá a una reunión que tenían programada. El objetivo en este caso es que cada uno sepa con certeza qué hará el otro utilizando la mínima cantidad de recursos. Clásicamente, la información viaja en una dirección y será necesario que cada uno codifique su mensaje en un sistema físico, una partícula por ejemplo, para enviarlo a su compañero. En consecuencia, utilizando sistemas clásicos la comunicación bidireccional requiere como mínimo dos partículas, o bien invertir el doble de tiempo con una única partícula que viaje ida y vuelta entre las partes.

Sorprendentemente, Flavio Del Santo y Borivoje Dakić de la Universidad de Viena, muestran¹ que es posible realizar esta comunicación bidireccional utilizando una única partícula cuántica que comparten Alice y Bob o, en forma equivalente, se podría decir que ambos compañeros reciben el mensaje dentro del mismo tiempo que tomaría enviar el mensaje clásicamente en una dirección. En el artículo, publicado este año en Physical Review Letters, proponen un protocolo que permite realizar esta tarea si la partícula se encuentra en un estado de superposición coherente entre dos regiones diferentes del espacio y, además, la información que se desea transmitir se encuentra codificada en la fase relativa de este estado. Por otro lado, señalan que esta comunicación es segura, e incluso anónima, un espía no podría determinar la dirección de la comunicación.

La implementación experimental más simple de estas ideas ha sido realizada recientemente² y requiere de un único fotón en un arreglo tipo interferómetro de Mach-Zehnder que permite generar el estado superposición. Este ejemplo sencillo refleja, una vez más, las ventajas que ofrecen los sistemas cuánticos para las comunicaciones y el procesado de la información.

¹ Two-Way Communication with a Single Quantum Particle. Flavio Del Santo and Borivoje Dakić, Phys. Rev. Lett. 120, 060503 (2018).

² Experimental two-way communication with one photon. Francesco Massa, Amir Moqanaki, Flavio Del Santo, Borivoje Dakic, Philip Walther arXiv: 1802.05102 (2018).

* Augusto Roncaglia es profesor Adjunto del Departamento de Física e investigador del Instituto de Física de Buenos Aires, UBA-CONICET.