Información cuántica

Importante paso para la Internet cuántica

La teletransportación cuántica se expande entre nodos remotos en una red de comunicación

Importante paso para la Internet cuántica
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Eduardo Martínez de la Fe

Un nuevo desarrollo tecnológico ha demostrado por primera vez que la información cuántica se puede teletransportar de forma fiable entre nodos de red que no están conectados directamente entre sí, un paso más hacia una Internet cuántica escalable.

Un paso significativo para la construcción de una Internet cuántica super segura ha sido realizado por investigadores de la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos.

El avance se basa en una característica de la mecánica cuántica conocida como entrelazamiento cuántico, uno de los fenómenos más desconcertantes de las partículas elementales.

Cuando dos partículas, como los átomos, los fotones o los electrones, se entrelazan, experimentan un vínculo inexplicable que se mantiene incluso si las partículas están separadas en lados opuestos del universo.

Esta posibilidad ha posibilitado otro fenómeno no menos desconcertante, conocido como teletransportación cuántica, que permite la transmisión de un estado cuántico desde una ubicación a otra gracias al entrelazamiento cuántico.

Intercambio de entrelazamiento

Carlos Sabín, investigador en el Instituto de Física Fundamental del CSIC, explica que el entrelazamiento cuántico, a pesar de su potencial para las comunicaciones, es algo difícil de conseguir y de mantener en el tiempo y el espacio.

Ha sido necesario echarle imaginación para poder aprovechar todo su potencial: no solo se ha conseguido mantener el entrelazamiento cuánticas a grandes distancias, incluso en el espacio, sino que se ha dado con la fórmula para que los nodos de una red de comunicación puedan usar el entrelazamiento cuántico, aunque estén muy alejados entre sí.

La fórmula ideada para este sistema cuántico de red se llama “intercambio de entrelazamiento”: es igual que la teletransportación, pero algo más sofisticado. La diferencia es importante, porque el entrelazamiento cuántico que posibilita la teletransportación, por su propia naturaleza, es cosa de dos partículas, mientras que el intercambio de entrelazamiento incorpora una tercera partícula que no ha vivido la conexión de las dos primeras: es cosa de tres.

Funciona de esta manera: si entrelazamos un nodo A con un nodo B y también al nodo B con un tercer nodo C, se consigue que se entrelacen también A y C, a pesar de que nunca han interaccionado entre ellos.

Jugando con diamantes

A esto se llama intercambio de entrelazamiento y es lo que ha logrado la nueva investigación: ha realizado una teleportación entre el nodo de A y el nodo B, con un nodo extra, C, que ha actuado de intermediario.

Para conseguirlo, los protagonistas de esta proeza, Sophie Hermans, Ronald Hanson y sus colaboradores, han utilizado cúbits de spin (unidades de información cuántica) insertados en diamantes y conectados por enlaces de fibra óptica.

Sabín aclara que, tanto el teletransporte como el “intercambio” son conocidos teóricamente desde los años 90, y que han sido realizados experimentalmente en diversos sistemas cuánticos.

Pero en el caso concreto de sistemas que puedan formar una red de comunicaciones cuánticas, solo se había conseguido hasta ahora el teletransporte entre dos nodos próximos de la red.

Primer paso

La nueva investigación ha trascendido esta limitación y conseguido realizar el intercambio de entrelazamiento para conectar nodos distantes entre sí, lo que podría interpretarse como un primer paso (muy preliminar) hacia una red cuántica de comunicaciones escalable, explica Sabín.

Sin embargo, añade, hay que tener en cuenta que la gran dificultad experimental hace que la calidad de la transmisión de información sea todavía muy baja. Esto se puede medir calculando la llamada “fidelidad” del estado transmitido, es decir, el parecido entre el estado final real del cúbit y el estado que queríamos transmitir.

Idealmente, esa fidelidad debería ser del 100 %. Si está por encima del 66,6 % sabemos que el proceso es imposible sin usar física cuántica. En el experimento se consigue en promedio una fidelidad del 70 %, pero en algunos estados cae hasta el 65 %.

Esto es suficiente para demostrar que el proceso es cuántico (al menos, en promedio), pero obviamente todavía muy lejos de cualquier posible aplicación tecnológica, ya que el estado que se obtiene es un 30 % distinto del original. Queda mucho trabajo por delante para mejorar esos porcentajes y poder extender el experimento a nodos más alejados en la red, concluye Sabín.

Internet cuántica

Miguel Ángel Martín-Delgado, Catedrático de Física Teórica y coordinador de QUITEMAD (Quantum Information Technologies Madrid), destaca que la utilización de nodos intermediarios en la teleportación permitirá transportar el entrelazamiento cuántico a grandes distancias y evitar que se deteriore por el camino.

Esta es la base de los llamados repetidores cuánticos, la versión cuántica de los repetidores de las señales electromagnéticas que hacen posible las comunicaciones de radio, televisión y más modernamente de los móviles.

Añade Martín-Delgado que la teleportación cuántica permitirá en el futuro unificar las comunicaciones cuánticas con la computación cuántica, tomando la forma de una internet cuántica: los nodos serán ordenadores cuánticos que se comunicarán entre sí por medio de enlaces cuánticos utilizando la teleportación.

Coincide con Sabín en que el experimento actual es un avance necesario, pero todavía insuficiente para recorrer todas las posibilidades que se nos abrirán cuando consigamos dominar aún más la teleportación cuántica de forma práctica y rutinaria, y en particular, conseguir teletransportar información a distancias suficientemente grandes.

Referencia

Qubit teleportation between non-neighbouring nodes in a quantum network. S. L. N. Hermans et al. Nature volume 605, pages663–668 (2022). DOIhttps://doi.org/10.1038/s41586-022-04697-y

 

 

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