Si los científicos logran desarrollar redes basadas en la física cuántica, el potencial es enorme. Podría mejorar la seguridad de las comunicaciones, unificar las capacidades de las computadoras cuánticas y contribuir a la creación de instrumentos de investigación de última generación.
Pero un desafío clave reside en un fenómeno cuántico llamado entrelazamiento: la forma en que dos objetos pueden estar inextricablemente vinculados sin importar la distancia que los separe.
Cuando se mide uno de los objetos del par, se determinan los resultados de la medición realizada en el otro. Hasta aquí todo parece cuántico, pero hacer pasar partículas entrelazadas a través de nuestros canales de comunicación por fibra óptica actuales es realmente difícil.
Fuera de las condiciones perfectas de laboratorio, sus estados cuánticos se distorsionan fácilmente. Ahora, investigadores liderados por un equipo del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE. UU. (NIST) han logrado transmitir con éxito partículas de luz (fotones) a través de 62 kilómetros de cableado de red existente sin romper su entrelazamiento. Sus hallazgos se publican en la revista Journal of Optical Communications and Networking.
“Yo lo llamaría una prueba de estrés para los sistemas de redes cuánticas”, dice el físico Yicheng Shi, del NIST.
“Lo sometimos a una prueba extrema en un entorno muy ruidoso. Sorprendentemente, resultó que seguía funcionando”.
Si bien no se trata estrictamente de una distancia récord, es destacable por la configuración: gran parte del cableado de fibra óptica utilizado en este experimento estaba por encima del suelo en lugar de bajo tierra, tendido entre postes al borde de la calle entre el NIST y la Universidad de Maryland. Estos cables están expuestos al viento, a los cambios de temperatura y a las vibraciones de todo lo que les rodea en el entorno, incluido el tráfico y las aves que pasan volando.
Si bien las películas en streaming y las videollamadas que conforman los datos de internet clásico no se ven afectadas por estas condiciones, los datos cuánticos sí lo están. El entorno interfiere con la polarización de los fotones, la dirección en la que vibra su campo eléctrico y en la que se contiene la información de entrelazamiento.
“Es una de las peores conexiones que se pueden tener”, afirma el físico Oliver Slattery, del NIST.
Para sortear este problema de interferencia, los investigadores utilizaron una señal de luz láser como punto de referencia. Calculando la torsión que experimentó esta luz láser, el equipo pudo aplicar las correcciones pertinentes a los fotones entrelazados.
Se requería cierta alternancia entre fotones entrelazados y luz láser, pero esto solo ocupaba el 7,2% del tiempo de operación del experimento. El 92,8% restante podía utilizarse para enviar información cuántica estabilizada.
“Nuestros resultados demuestran la viabilidad de distribuir fotones entrelazados por polarización en condiciones de fibra difíciles, lo que supone un paso importante hacia el despliegue práctico de redes cuánticas”, escriben los investigadores en su artículo publicado.
Recientemente se han logrado hazañas sin precedentes en el campo del entrelazamiento cuántico a través de 420 kilómetros de fibra óptica, pero estos últimos resultados provienen de entornos reales muy caóticos.
“Aunque las fibras ópticas aéreas suelen considerarse canales cuánticos inadecuados para transmitir fotones con codificación de polarización o entrelazados en polarización, demostramos que se puede lograr una distribución estable del entrelazamiento de polarización si el enlace de fibra se estabiliza activamente”, escriben los investigadores.
Si bien los resultados de esta prueba en condiciones reales son alentadores, aún queda mucho trabajo por hacer. La tasa de transmisión de 200 a 1500 fotones entrelazados por segundo no está mal, pero deberá mejorarse para una internet cuántica. Los investigadores señalaron que una configuración de hardware más rápida y algoritmos de software más eficientes son dos posibles mejoras.
El estudio aporta más pruebas de que las redes cuánticas son una tecnología que merece la pena explorar. Una posible aplicación sería conectar telescopios situados en dos puntos distintos de la Tierra, de forma que los fotones entrelazados funcionaran esencialmente como un único instrumento gigante.
Además, estos sistemas podrían aportar una mejora en la seguridad cuántica a internet. Los nodos de la red, separados por grandes distancias, podrían compartir un “código” secreto para la verificación de datos que no podría ser interceptado durante la transmisión, ya que el código no se establece hasta que se comprueba.
“Es una demostración de que los protocolos de redes cuánticas pueden funcionar en entornos del mundo real”, afirma Shi.
La investigación ha sido publicada en la revista Journal of Optical Communications and Networking.
Fuente: Science Alert.
