El avance abre la puerta a aplicaciones cuánticas seguras sin infraestructura especializada.
© Getty ImagesIngenieros de la Northwestern han demostrado con éxito la teletransportación cuántica a través de un cable de fibra óptica que ya transporta tráfico de Internet, introduciendo la nueva posibilidad de combinar la comunicación cuántica con los cables de Internet existentes.
El descubrimiento, publicado en la revista Optica, introduce la nueva posibilidad de combinar la comunicación cuántica con los cables de Internet existentes, lo que simplifica enormemente la infraestructura necesaria para las tecnologías de detección avanzada o las aplicaciones de computación cuántica.
«Esto es increíblemente emocionante porque nadie pensaba que fuera posible», afirma Prem Kumar, de Northwestern, que dirigió el estudio. «Nuestro trabajo muestra un camino hacia redes cuánticas y clásicas de próxima generación que comparten una infraestructura de fibra óptica unificada. Básicamente, abre la puerta para llevar las comunicaciones cuánticas al siguiente nivel».
Experto en comunicación cuántica, Kumar es catedrático de Ingeniería Eléctrica e Informática en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern, donde dirige el Centro de Comunicación y Computación Fotónica.
Cómo funciona
Sólo limitada por la velocidad de la luz, la teletransportación cuántica permite una nueva forma ultrarrápida y segura de compartir información entre usuarios de redes distantes, en la que no es necesaria la transmisión directa. El proceso funciona aprovechando el entrelazamiento cuántico, una técnica en la que dos partículas están vinculadas, independientemente de la distancia que las separe. En lugar de que las partículas viajen físicamente para transmitir información, las partículas entrelazadas intercambian información a grandes distancias, sin transportarla físicamente.
«En las comunicaciones ópticas, todas las señales son convertidas en luz», explica Kumar. «Mientras que las señales convencionales de las comunicaciones clásicas suelen estar formadas por millones de partículas de luz, la información cuántica utiliza fotones individuales».
«Al realizar una medición destructiva en dos fotones -uno portador de un estado cuántico y otro entrelazado con otro fotón-, el estado cuántico se transfiere al fotón restante, que puede estar muy lejos», explicó Jordan Thomas, candidato a doctor en el laboratorio de Kumar y primer autor del artículo. «El fotón en sí no tiene que ser enviado a grandes distancias, pero su estado igualmente acaba codificado en el fotón distante. La teletransportación permite el intercambio de información a grandes distancias sin necesidad de que la propia información recorra esa distancia.»
La clave: Encontrar la ruta correcta para evitar el tráfico
Antes del nuevo estudio de Kumar, muchos investigadores no estaban seguros de que el teletransporte cuántico fuera posible en cables que transportan comunicaciones clásicas. Los fotones entrelazados se ahogarían entre los millones de otras partículas de luz. Sería como si una endeble bicicleta intentara atravesar un túnel atestado de camiones de gran tonelaje a toda velocidad.
Sin embargo, Kumar y su equipo encontraron la forma de ayudar a los delicados fotones a sortear el tráfico. Tras estudiar a fondo cómo se dispersa la luz en los cables de fibra óptica, los investigadores encontraron una longitud de onda menos saturada para colocar los fotones. A continuación, añadieron filtros especiales para reducir el ruido del tráfico habitual de Internet.
«Estudiamos detenidamente cómo se dispersa la luz y colocamos nuestros fotones en un punto crítico donde se minimiza ese mecanismo de dispersión», explica Kumar. «Descubrimos que podíamos realizar una comunicación cuántica sin interferencias de los canales clásicos que están presentes simultáneamente».
Para probar el nuevo método, Kumar y su equipo instalaron un cable de fibra óptica de 30 kilómetros de longitud con un fotón en cada extremo. A continuación, enviaron simultáneamente información cuántica y tráfico de Internet de alta velocidad a través de él. Por último, midieron la calidad de la información cuántica en el extremo receptor mientras se ejecutaba el protocolo de teletransportación realizando mediciones cuánticas en el punto medio. Los investigadores comprobaron que la información cuántica se transmitió correctamente, incluso con un tráfico de Internet muy intenso.
«Aunque muchos grupos han investigado la coexistencia de comunicaciones cuánticas y clásicas en fibra, este trabajo es el primero que muestra el teletransporte cuántico en este nuevo escenario», afirma Thomas. «Esta capacidad de enviar información sin transmisión directa abre la puerta a que se realicen aplicaciones cuánticas aún más avanzadas sin fibra dedicada».
Posibilidades futuras
A continuación, Kumar planea ampliar los experimentos a distancias más largas. También planea utilizar dos pares de fotones entrelazados -en lugar de un par- para demostrar el intercambio de entrelazamiento, otro hito importante que conduce a las aplicaciones cuánticas distribuidas. Por último, su equipo está estudiando la posibilidad de realizar experimentos con cables ópticos enterrados en el mundo real, en lugar de en bobinas en el laboratorio. Pero, aun con más trabajo por hacer, Kumar es optimista.
«El teletransporte cuántico puede proporcionar conectividad cuántica segura entre nodos geográficamente distantes», afirmó Kumar. «Pero mucha gente ha supuesto durante mucho tiempo que nadie construiría infraestructuras especializadas para enviar partículas de luz. Si elegimos bien las longitudes de onda, no tendremos que construir nuevas infraestructuras». Las comunicaciones clásicas y las cuánticas pueden coexistir».
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