El intercambio de entrelazamiento cuántico híbrido es un salto cuántico en las comunicaciones cuánticas
Al nivel de los fotones, los electrones e, incluso, a menores escalas, dejan de aplicarse las descripciones de nuestro mundo físico que ofrece la mecánica clásica. La luz se puede comportar como una partícula. La materia se puede comportar como una onda. Y las propiedades físicas de una partícula pueden afectar a las de otra independientemente de la distancia —que incluso puede ser de kilómetros— que exista entre ellas en un fenómeno que Einstein denominó «espeluznante acción a distancia». Este fenómeno, más conocido como entrelazamiento cuántico, tiene implicaciones importantes para el procesamiento de la información cuántica y para la seguridad de la comunicación cuántica. Con el apoyo del programa Marie Skłodowska-Curie, el proyecto HELIOS se propuso estudiar el recién demostrado entrelazamiento cuántico de luz que se comporta como partículas y como ondas, un fenómeno llamado entrelazamiento cuántico híbrido.
Un salto cuántico afortunado en los protocolos de comunicación cuántica
La luz es perfecta para distribuir y procesar información cuántica. Es compatible con la mayoría de los dispositivos actuales de comunicación cuántica y clásica y su velocidad es insuperable. Además, su dualidad onda-partícula permite adoptar un enfoque discreto de codificación de la información cuántica parecido a una señal digital, así como un enfoque continuo-variable parecido a una señal analógica. Giovanni Guccione, beneficiario de la beca de investigación del proyecto, se propuso demostrar un enfoque híbrido que combinase los dos en una versión cuántica de un convertidor de señal analógica a digital (CAD) que aprovechase la teleportación cuántica de la luz. «La teleportación de estados cuánticos transfiere de forma eficaz las propiedades cuánticas del sistema del nodo inicial al nodo final, sin lecturas intermedias que podrían comprometer el procesamiento cuántico de información cuántica», explica Guccione. Se basa tanto en la comunicación clásica como en el entrelazamiento cuántico entre los nodos emisores y receptores. Aunque se ha encontrado con varios obstáculos técnicos importantes en el camino, Guccione consiguió crear soluciones simples, pero extremadamente innovadoras. En el proceso, HELIOS demostró el entrelazamiento cuántico híbrido de la luz e hizo otro descubrimiento pionero. Tal como recuerda Guccione: «La versión mejorada también mostró el primer ejemplo de intercambio de entrelazamiento cuántico de un estado híbrido de la luz. Esta demostración constató que una partícula entrelazada inicialmente a otra partícula es susceptible de entrelazarse con una entidad intrínsecamente diferente sin interactuar nunca con ella de forma directa». Y resume: «Desde la generación de estados híbridos entrelazados hasta otros protocolos fundamentales de comunicación cuántica, el punto culminante del proyecto es conseguir un intercambio de entrelazamiento cuántico que implicase entrelazamiento cuántico híbrido. La información cuántica no se puede replicar ni amplificar como las señales clásicas, por eso el intercambio de entrelazamiento cuántico permite establecer repetidores cuánticos, algo así como el equivalente cuántico de un amplificador de alcance clásico, en toda la red». Estos hallazgos podrían ser importantes en las futuras redes heterogéneas cuánticas, ya que favorecen el intercambio seguro de información cuántica e, incluso, sirven de base para un internet cuántico.
Prisa por conocer al futuro a la velocidad de la luz
HELIOS ha ampliado las fronteras de la computación y el procesamiento de la comunicación cuántica. El equipo ha demostrado que se pueden establecer correlaciones cuánticas no solo entre modos que nunca han interactuado, sino también entre modos basados en codificaciones que sería incompatibles de otro modo. Guccione concluye: «Aunque puede que esto solo sea un paso hacia futuros avances, ilustra lo rápido que evoluciona la mecánica cuántica de aplicaciones puramente teóricas a aplicaciones prácticas en el mundo real. La comunicación cuántica "ordinaria" puede hacerse realidad antes de lo esperado». Tal vez el internet cuántico esté más cerca de lo que se piensa, interconectado con el recién demostrado intercambio de entrelazamiento cuántico híbrido y a pocos pasos de él por delante.
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