Los ingenieros de la Universidad Northwestern ya son los primeros en demostrar con éxito la teletransportación cuántica a través de un cable de fibra óptica que transporta tráfico de Internet.
El descubrimiento introduce la nueva posibilidad de combinar las comunicaciones cuánticas con los cables de Internet existentes, simplificando enormemente la infraestructura necesaria para las aplicaciones informáticas o de detección cuántica distribuida.
El estudio se publicará en la revista el viernes (20 de diciembre). Óptica
“Es increíblemente emocionante porque nadie pensó que fuera posible”, dijo Prem Kumar, de Northwestern, quien dirigió el estudio. “Nuestro trabajo muestra un camino hacia redes clásicas y cuánticas de próxima generación que comparten una infraestructura de fibra óptica unificada. Básicamente, abre la puerta para llevar las comunicaciones cuánticas al siguiente nivel”.
Kumar, experto en comunicación cuántica, es profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern, donde dirige el Centro de Comunicación y Computación Fotónica.
Limitada únicamente por la velocidad de la luz, la teletransportación cuántica puede hacer que la comunicación sea casi instantánea. El proceso funciona mediante el uso de entrelazamiento cuántico, una técnica en la que dos partículas se unen, independientemente de la distancia entre ellas. En lugar de que las partículas viajen físicamente para transmitir información, las partículas entrelazadas intercambian información a grandes distancias, sin ser transportadas físicamente.
“En las comunicaciones ópticas, todas las señales se convierten en luz”, explicó Kumar. “Mientras que las señales convencionales para la comunicación clásica normalmente constan de millones de partículas de luz, la información cuántica utiliza fotones individuales”.
Antes del nuevo estudio de Kumar, la sabiduría convencional sugería que los fotones individuales que transportaban comunicaciones clásicas se hundirían en cadenas llenas de millones de partículas de luz. Sería como una bicicleta débil que intentara pasar por un túnel lleno de camiones pesados a alta velocidad.
Sin embargo, Kumar y su equipo encontraron una manera de ayudar a los frágiles fotones a despejar el intenso tráfico. Después de estudiar en profundidad cómo se dispersa la luz dentro de los cables de fibra óptica, los investigadores encontraron longitudes de onda de luz menos concurridas para contener sus fotones. Luego, agregaron filtros especiales para reducir el ruido del tráfico regular de Internet.
“Estudiamos cuidadosamente cómo se dispersa la luz y colocamos nuestros fotones en una yuxtaposición donde el mecanismo de dispersión se minimiza”, dijo Kumar. “Descubrimos que podemos realizar comunicaciones cuánticas sin la interferencia de canales clásicos que existen simultáneamente”.
Para probar el nuevo método, Kumar y su equipo instalaron un cable de fibra óptica de 30 kilómetros con un fotón en cada extremo. Luego, enviaron simultáneamente información cuántica y tráfico regular de Internet a través de él. Finalmente, midieron la calidad de la información cuántica en el extremo receptor mientras implementaban el protocolo de teletransportación realizando mediciones cuánticas en el punto medio. Los investigadores descubrieron que la información cuántica se transmitía con éxito, incluso con mucho tráfico de Internet.
A continuación, Kumar planea ampliar los experimentos a distancias más largas. También planea utilizar dos pares de fotones entrelazados (en lugar de un solo par) para demostrar el intercambio entrelazado, otro hito importante que conduce a aplicaciones cuánticas distribuidas. Finalmente, su equipo está explorando la posibilidad de realizar experimentos con cables ópticos subterráneos del mundo real en lugar de carretes en el laboratorio. Pero, a pesar de que hay más trabajo por hacer, Kumar es optimista.
“La teletransportación cuántica tiene el potencial de proporcionar comunicación cuántica de forma segura entre nodos geográficamente distantes”, dijo Kumar. “Pero muchas personas han asumido durante mucho tiempo que nadie construiría una infraestructura especial para enviar partículas de luz. Si elegimos correctamente las longitudes de onda, no necesitamos construir nuevas infraestructuras. La comunicación clásica y la comunicación cuántica pueden coexistir”.
