La tecnología de comunicación cuántica algún día podría habilitar una Internet cuántica ultrasegura, pero hasta ahora crear los vínculos en una red tan grande ha resultado ser un desafío. Un gran 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 escuchar a escondidas los mensajes que están codificados en estados cuánticos. Esto se debe a que leer el estado cuántico de una partícula lo altera inevitablemente, lo que significa que es fácil detectar si alguien ha estado husmeando en el enlace de comunicación.
Sin embargo, en realidad transportar estados cuánticos a distancias significativas es complicado. Los investigadores han tenido cierto éxito en la transmisión de mensajes vinculados a los estados cuánticos de fotones a través de varios cientos de kilómetros de cables ópticos , y también en el uso de la comunicación cuántica por satélite para establecer enlaces a distancias aún mayores . Pero las inevitables pérdidas de señal en cualquiera de los modos de comunicación significan que escalar a las distancias requeridas para una verdadera Internet será complicado.
Una solución es explotar otro fenómeno cuántico llamado teletransportación. Esto funciona de manera muy similar al concepto de ciencia ficción utilizado en programas como Star Trek , lo que permite que la información se transmita instantáneamente de un lugar a otro, teóricamente a distancias ilimitadas. Y ahora, investigadores de los Países Bajos han proporcionado la primera demostración práctica de cómo podría funcionar esto.
El equipo instaló tres "nodos" cuánticos llamados Alice, Bob y Charlie, que pueden almacenar información cuántica en qubits, el equivalente cuántico de bits en una computadora hecha de centros de vacantes de nitrógeno. Estos son pequeños defectos en los diamantes que pueden usarse para atrapar electrones y alterar su estado cuántico. Luego conectaron a Alice con Bob y Bob con Charlie usando fibras ópticas.
El objetivo del experimento, descrito en un artículo en Nature , era teletransportar información cuántica entre Alice y Charlie, que no estaban conectados entre sí directamente. Para hacer eso, primero tenían que crear un enlace de teletransportación entre los dos. Esto se basa en el fenómeno cuántico del entrelazamiento, en el que los estados de los sistemas cuánticos están inextricablemente vinculados, de modo que la medición de uno de ellos cambia automáticamente el estado del otro, sin importar cuán separados estén.
El protocolo comienza usando una operación cuántica para entrelazar el electrón en el nodo de Alice con un fotón. Luego se dispara por la fibra óptica a Bob, quien lo enreda con el electrón en su nodo, lo que crea un enredo entre su qubit y el de Alice. Sin embargo, Bob también necesitaspara crear una conexión con Charlie, por lo que luego transfiere el estado entrelazado que lo une a Alice a otro qubit hecho de un átomo de carbono en su diamante. Esto básicamente actúa como una memoria cuántica, almacenando el estado entrelazado para más adelante.
Esto libera su electrón para crear un enredo con Charlie de la misma manera que antes. Una vez que Bob se ha entrelazado con los otros dos nodos, lleva a cabo una operación de intercambio de entrelazamiento en su electrón y el estado entrelazado almacenado en su qubit de memoria, lo que finalmente crea un entrelazamiento entre los qubits de Alice y Charlie.
Ahora que los dos nodos no conectados están vinculados, deben usar este estado entrelazado compartido para transferir información de uno a otro. Para hacer esto, Charlie lleva a cabo una operación llamada Medición de estado de campana (BSM), que realiza una medición conjunta tanto de un qubit que contiene la información que quieren enviar como 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 usarse para descifrar el mensaje y revelar el estado cuántico.
Si bien estos experimentos se realizaron en nodos que estaban separados por solo 60 pies, en principio, la teletransportación debería ser posible a cualquier distancia, lo que podría evitar los problemas de transmisión de información cuántica a través de canales ópticos. Sin embargo, lograr que esta configuración funcionara requirió mejoras significativas con respecto a los sistemas anteriores para aumentar la confiabilidad de la comunicación óptica y la fidelidad del qubit de memoria.
En una perspectiva complementaria en Nature , los investigadores señalan que todos estos elementos requerirán un desarrollo considerable antes de que se pueda realizar una verdadera Internet cuántica. No obstante, el trabajo es un hito importante y ayuda a superar un obstáculo significativo hacia la creación de redes cuánticas a escala global.
Fuentes
singularityhub.com
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