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El satélite probará si la propiedad cuántica del entrelazamiento cubre distancias inusitadas de más de 1.000 kilómetros, transmitiendo fotones entrelazados individuales entre el espacio y varias estaciones terrestres. También probará si es posible (usando fotones entrelazados) tele transportar información de forma segura entre la Tierra y el espacio.
Pan, quien trabaja en la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, en Hefei, ganó el 8 de enero un reconocido premio nacional chino de las ciencias (de un valor de 200.000 yuanes, o 30.000 dólares) por su contribución a las ciencias cuánticas. Pan habló con Nature sobre por qué son necesarios sus experimentos y sobre la naturaleza cambiante de las misiones chinas de ciencia espacial.
Pregunta: ¿Cómo van los preparativos para el lanzamiento?
Respuesta: Siempre tenemos dos sensaciones. Nos sentimos como "Sí, todo está bien", y entonces nos ponemos felices y emocionados. Pero un par de veces hemos pensado "Es probable que nuestro proyecto colapse y nunca funcione". Pienso que el satélite debería lanzarse a tiempo.
P: ¿Qué desafíos técnicos enfrenta?
R: El satélite volará tan rápido (solo tarda 90 minutos en orbitar la Tierra), y habrá turbulencia y otros problemas, por lo que el rayo de fotón individual puede resultar gravemente afectado. También, tenemos que superar ruido de fondo de la luz del Sol, de la Luna y ruido de luces de las ciudades, que son mucho más fuertes que nuestro fotón único.
P: ¿Cuál es el objetivo del satélite?
R: Nuestra primera misión es ver si podemos establecer distribución de clave cuántica (la codificación y compartición de una llave criptográfica secreta usando las propiedades cuánticas de los fotones) entre una estación terrestre, en Pekín, y el satélite, y entre el satélite y Viena. Después podremos ver si es posible establecer una clave cuántica entre Pekín y Viena, usando el satélite como retransmisor.
El segundo paso será realizar distribución de entrelazado de larga distancia, aproximadamente a 1.000 kilómetros. Tenemos tecnología en el satélite que puede producir pares de fotones entrelazados. Transmitimos un fotón de un par entrelazado a una estación de Delingha, en el Tíbet, y el otro a una estación de Lijiáng o Nanshán. La distancia entre ambas estaciones terrestres es de aproximadamente 1.200 kilómetros. Se realizaron pruebas previas del orden de 100 kilómetros.
P: ¿Duda alguien que exista el entrelazamiento independientemente de lo lejos que estén dos partículas?
R: No mucha gente duda de la mecánica cuántica, pero si queremos explorar nueva física, tenemos que presionar el límite. Cierto, en principio el entrelazamiento cuántico puede existir para cualquier distancia. Pero queremos ver si hay un límite físico. La gente se pregunta si hay algún tipo de límite entre el mundo clásico y el mundo cuántico: esperamos armar cierto tipo de sistema macroscópico donde podamos mostrar que el fenómeno cuántico todavía puede existir.
En el futuro, también queremos ver si es posible distribuir entrelazamiento entre la Tierra y la Luna. Esperamos usar el programa Chang'e (el programa lunar de China) para enviar un satélite cuántico a uno de los puntos gravitacionalmente estables (puntos de Lagrange) del sistema Tierra - Luna.
P: ¿Cómo se relaciona el entrelazamiento con la tele transportación cuántica?
R: Vamos a transmitir al satélite un fotón de un par entrelazado creado en una estación terrestre de Ali, en el Tíbet. El estado cuántico de un tercer fotón en Ali después podrá tele transportarse a la partícula del espacio usando como conducto el fotón entrelazado de Ali.
P: El satélite cuántico es una misión espacial científica básica, como el Explorador de Partículas de Materia Negra (DAMPE, por su sigla en inglés) que China lanzó en diciembre. ¿Son los satélites de investigación básica una nueva tendencia para China?
R: Sí, y mis colegas de la Academia China de las Ciencias (CAS, por su siglas en inglés) y yo ayudamos a forzar las cosas en esta dirección. Anteriormente, China solo tenía dos organizaciones que podían lanzar satélites: el Ejército y el Ministerio de Industria y Tecnología de la Información. Por tanto, los científicos no tenían forma de lanzar un satélite para investigación científica. Una excepción es la sonda Doble Estrella, lanzada en colaboración con la Agencia Europea del Espacio en 2003, para estudiar tormentas magnéticas sobre la Tierra.
P: ¿Qué cambió?
R: Nosotros, en CAS, realmente trabajamos duro para convencer a nuestro gobierno de que es importante que tengamos una forma de lanzar satélites científicos. En 2011, el gobierno central estableció el Programa de Prioridad Estratégica para la Ciencia Espacial, al que pertenecen DAMPE y nuestro satélite cuántico. Es un paso muy importante.
Pienso que China tiene la obligación no solo de hacer algo por nosotros (muchos otros países han ido a la Luna, han hecho vuelos espaciales tripulados), sino también de explorar algo desconocido.
P: ¿También habrá científicos en el programa de China para construir la estación espacial Tiangong?
R: El mecanismo para tomar decisiones para ver qué proyectos pueden ir a la estación espacial ha sido cambiado significativamente. Originalmente el Ejército quería asumir la responsabilidad, pero finalmente se aceptó que CAS era la organización indicada.
Tendremos un experimento cuántico en la estación espacial y eso facilitará nuestros estudios porque de cuando en cuando podremos actualizar nuestro experimento (contrariamente a lo que pasa en el satélite cuántico). Estamos muy contentos con este mecanismo. Solo tenemos que hablar con los líderes de CAS, que al ser científicos podemos comunicarnos con ellos de forma mucho más fácil.