La tecnología de comunicación cuántica podría permitir algún día una Internet cuántica ultrasegura, pero hasta ahora crear los enlaces en una red tan grande ha resultado todo un reto. Un avance en la capacidad de teletransportar información cuántica podría ser un camino prometedor.

La razón por la que muchos están entusiasmados con las futuras redes de comunicación cuántica es el hecho de que es esencialmente imposible espiar los mensajes que están codificados en estados cuánticos. Esto se debe a que la lectura del estado cuántico de una partícula lo altera inevitablemente, lo que significa que es’ Es fácil detectar si alguien ha estado husmeando en el enlace de comunicación.

Sin embargo, transportar estados cuánticos a distancias significativas es complicado. Los investigadores han tenido cierto éxito en la transmisión de mensajes ligados a los estados cuánticos. t de fotones a lo largo de varios cientos de kilómetros de cables ópticos , and also using satellite quantum communication to establish links over distancias aún mayores . Pero las inevitables pérdidas de señal en cualquiera de los dos modos de comunicación hacen que la ampliación a las distancias necesarias para una verdadera Internet sea complicada.

Una solución es aprovechar otro fenómeno cuántico llamado teletransporte. Esto funciona de forma muy parecida al concepto de ciencia ficción utilizado en programas como Star Trek La tecnología de la información se ha convertido en una de las más importantes del mundo, permitiendo la transmisión instantánea de información de un lugar a otro, teóricamente a distancias ilimitadas. Y ahora, investigadores de los Países Bajos han hecho la primera demostración práctica de cómo podría funcionar.

El equipo instaló tres «nodos» cuánticos llamados Alice, Bob y Charlie, capaces de almacenar información cuántica en qubits -el equivalente cuántico de los bits de un ordenador- hechos con centros de vacantes de nitrógeno. Se trata de pequeños defectos en los diamantes que pueden utilizarse para atrapar electrones y alterar su estado cuántico. A continuación, conectaron a Alice con Bob y a Bob con Charlie utilizando fibras ópticas.

El objetivo del experimento, descrito en un papel en Naturaleza , era teletransportar información cuántica entre Alice y Charlie, que no estaban conectados entre sí directamente. Para ello, primero han d para crear un enlace de teletransporte entre ambos. Esto se basa en el fenómeno cuántico del entrelazamiento, en el que los estados de los sistemas cuánticos están inextricablemente ligados, de modo que la medición de uno de ellos cambia automáticamente el estado del otro, sin importar lo lejos que estén.

El protocolo comienza utilizando una operación cuántica para entrelazar el electrón del nodo de Alice con un fotón. Éste se dispara por la fibra óptica hasta Bob, que lo entrelaza con el electrón de su nodo, lo que crea un entrelazamiento entre su qubit y el de Alice. Bob también necesita s para crear una conexión con Charlie, por lo que transfiere el estado entrelazado que le une a Alice a otro qubit hecho de un átomo de carbono en su diamante. Esto actúa básicamente como una memoria cuántica, almacenando el estado entrelazado para más tarde.

Esto libera su electrón para crear un entrelazamiento con Charlie de la misma manera que antes. Una vez que Bob se ha enredado con los otros dos nodos, lleva a cabo una operación de intercambio de enredos en su electrón y el estado enredado almacenado en su qubit de memoria, lo que finalmente crea un enredo entre los qubits de Alice y Charlie.

Now que los dos nodos no conectados están vinculados, necesitan utilizar este estado enredado compartido para información de transferencia de uno a otro. Para ello, Charlie realiza una operación llamada Medición de Estado de Bell (BSM), que hace una medición conjunta de un qubit que contiene la información que quieren enviar y del qubit que está enredado con el qubit de Alice.

Esto hace que el estado cuántico del qubit de información se teletransporte instantáneamente al qubit de Alice, pero el proceso esencialmente lo encripta, por lo que darle sentido requiere un paso adicional. Charlie envía el resultado del BSM a Alice a través de un canal de comunicación convencional, que puede utilizarse para desencriptar el mensaje y revelar el estado cuántico.

Aunque estos experimentos se llevaron a cabo en nodos que sólo estaban a unos 60 pies de distancia, en principio el teletransporte debería ser posible a cualquier distancia, lo que podría obviar los problemas de transmisión de información cuántica a través de canales ópticos. Sin embargo, para conseguir que incluso esta configuración funcione se necesitan mejoras significativas con respecto a los sistemas anteriores para aumentar la fiabilidad de la comunicación óptica y la fidelidad del qubit de memoria.

En un perspectiva de acompañamiento en Naturaleza , Los investigadores señalan que todos estos elementos requerirán un desarrollo adicional considerable antes de que pueda realizarse una verdadera Internet cuántica. No obstante, el trabajo constituye un hito importante y contribuye a eliminar un obstáculo significativo para la creación de redes cuánticas a escala mundial.

Crédito de la imagen: Marieke de Lorijn para QuTech