El futuro de las comunicaciones podría depender de una tecnología cuántica capaz de integrarse en nuestras infraestructuras existentes. Ingenieros de la Universidad de Pensilvania han realizado un experimento pionero transmitiendo señales cuánticas a través de cables de fibra óptica comerciales, utilizando el mismo protocolo de Internet (IP) que rige la web actual.
Este avance demuestra que las redes cuánticas podrían coexistir algún día con internet clásico, abriendo el camino a aplicaciones nunca vistas.
Un nodo de la red cuántica, situado a aproximadamente un kilómetro de la fuente en cable Verizon.
Crédito: Sylvia Zhang
En el corazón de esta innovación se encuentra un chip minúsculo llamado "Q-chip", que gestiona tanto datos cuánticos como clásicos. Funciona con el lenguaje IP estándar, permitiendo enrutar la información de manera similar a internet tradicional. Las señales cuánticas se basan en partículas "entrelazadas", un fenómeno donde dos partículas están vinculadas de tal manera que una acción sobre una afecta instantáneamente a la otra, incluso a distancia. Esta propiedad podría permitir que ordenadores cuánticos se conecten y compartan su potencia de cálculo.
Uno de los mayores desafíos era preservar el estado cuántico frágil durante la transmisión, ya que cualquier medición directa lo destruye. El equipo sorteó este problema enviando una señal clásica justo antes de la señal cuántica, actuando como una locomotora que arrastra vagones sellados. La señal clásica, medible sin daño, guía el paquete completo gracias a los protocolos IP, mientras que la información cuántica permanece intacta y protegida.
Las condiciones reales de las redes comerciales, con sus variaciones de temperatura y vibraciones, suelen amenazar las señales cuánticas. Los investigadores desarrollaron un método de corrección de errores innovador: analizando las perturbaciones en la señal clásica, deducen y aplican las correcciones necesarias a la señal cuántica sin medirla. Este enfoque mantuvo una fidelidad de transmisión superior al 97% durante las pruebas.
Aunque limitado a una conexión entre dos edificios a un kilómetro, este sistema abre perspectivas de expansión. El chip, fabricado en silicio con técnicas estándar, podría producirse en masa e integrarse en infraestructuras existentes. Para extender la red más allá de las áreas metropolitanas, será necesario superar la imposibilidad actual de amplificar las señales cuánticas sin romper su entrelazamiento.
Este avance recuerda los inicios de internet clásico, donde las conexiones entre universidades iniciaron una transformación mundial. Un internet cuántico podría permitir algún día cálculos distribuidos ultrarrápidos, simulaciones de moléculas para la medicina, o una inteligencia artificial más eficaz. Los trabajos, publicados en
Science, marcan un paso clave hacia un futuro donde lo cuántico y lo clásico coexistan.
Entrelazamiento cuántico
El entrelazamiento cuántico es un fenómeno donde dos partículas, como fotones, se vinculan tan estrechamente que el estado de una influye instantáneamente en la otra, sin importar la distancia que las separa. Albert Einstein lo apodó "acción fantasmal a distancia" debido a su carácter contraintuitivo.
A diferencia de las comunicaciones clásicas, que dependen de señales que se desplazan a la velocidad de la luz, el entrelazamiento parece operar más rápidamente, aunque esto no permite transmitir información más rápido que la luz.
En las redes cuánticas, el entrelazamiento se utiliza para vincular procesadores cuánticos distantes. Sin embargo, mantener este estado delicado requiere entornos controlados, ya que cualquier interacción con el mundo exterior puede romperlo.
Las aplicaciones potenciales incluyen la criptografía cuántica, donde las claves de cifrado se generan de manera ultra segura, y el cálculo distribuido, donde varios ordenadores cuánticos colaboran para resolver problemas insolubles con las tecnologías actuales.
Fuente: Science