Red cuántica, internet inquebrantable
Se podría usar una Internet cuántica para enviar mensajes inquebrantables, mejorar la precisión del GPS y habilitar la computación cuántica basada en la nube. Durante más de veinte años, los sueños de crear una red cuántica de este tipo han permanecido fuera del alcance en gran parte debido a la dificultad de enviar señales cuánticas a través de grandes distancias sin pérdida.
Ahora, los investigadores de Harvard y el MIT han encontrado una manera de corregir la pérdida de señal con un prototipo de nodo cuántico que puede capturar, almacenar y enredar bits de información cuántica. La investigación es el eslabón perdido hacia un internet cuántico práctico y un gran paso adelante en el desarrollo de redes cuánticas de larga distancia.
Esta demostración es un avance conceptual que podría extender el rango más largo posible de redes cuánticas y potencialmente permitir muchas aplicaciones nuevas de una manera que es imposible con cualquier tecnología existente. «Esta es la realización de un objetivo que ha sido perseguido por nuestra comunidad cuántica de ciencia e ingeniería durante más de dos décadas».
Toda forma de tecnología de comunicación, desde el primer telégrafo hasta el Internet de fibra óptica actual, ha tenido que abordar el hecho de que las señales se degradan y se pierden cuando se transmiten a través de distancias. Los primeros repetidores, que reciben y amplifican señales para corregir esta pérdida, se desarrollaron para amplificar las señales de telégrafos de cable que se desvanecen a mediados del siglo XIX. Doscientos años después, los repetidores son una parte integral de nuestra infraestructura de comunicaciones de larga distancia.
En una red clásica, si Alicia en Nueva York quiere enviar un mensaje a Bob en California, el mensaje viaja de costa a costa en una línea más o menos recta. En el camino, la señal pasa a través de repetidores, donde se lee, amplifica y corrige los errores. Todo el proceso es en cualquier punto vulnerable a los ataques.
Si Alice quiere enviar un mensaje cuántico, sin embargo, el proceso es diferente. Las redes cuánticas utilizan partículas cuánticas de luz (fotones individuales) para comunicar estados cuánticos de luz a largas distancias. Estas redes tienen un truco que los sistemas clásicos no tienen: enredos.
El enredo – lo que Einstein llamó «acción espeluznante a distancia» – permite que fragmentos de información se correlacionen perfectamente a cualquier distancia. Debido a que los sistemas cuánticos no se pueden observar sin cambiar, Alice podría usar el enredo para enviarle un mensaje a Bob sin temor a los espías. Esta noción es la base para aplicaciones como la criptografía cuántica, seguridad garantizada por las leyes de la física cuántica.
Sin embargo, la comunicación cuántica a largas distancias también se ve afectada por las pérdidas de fotones convencionales, que es uno de los principales obstáculos para realizar Internet cuántica a gran escala. Pero, el mismo principio físico que hace que la comunicación cuántica sea ultrasegura también hace que sea imposible usar repetidores clásicos existentes para reparar la pérdida de información.
¿Cómo puede amplificar y corregir una señal si no puede leerla? La solución a esta tarea aparentemente imposible implica un llamado repetidor cuántico. A diferencia de los repetidores clásicos, que amplifican una señal a través de una red existente, los repetidores cuánticos crean una red de partículas entrelazadas a través de las cuales se puede transmitir un mensaje.
En esencia, un repetidor cuántico es una computadora cuántica pequeña y de propósito especial. En cada etapa de dicha red, los repetidores cuánticos deben poder capturar y procesar bits cuánticos de información cuántica para corregir errores y almacenarlos el tiempo suficiente para que el resto de la red esté lista. Hasta ahora, eso ha sido imposible por dos razones: Primero, los fotones individuales son muy difíciles de atrapar. En segundo lugar, la información cuántica es notoriamente frágil, lo que hace que sea muy difícil de procesar y almacenar durante largos períodos de tiempo.