Lograr una comunicación cuántica segura y eficaz
Las fibras ópticas se utilizan para transmitir la información a la velocidad de la luz. La tecnología ha transformado los servicios cotidianos como la comunicación telefónica y la internet, haciéndolas más rápidas y fiables que nunca. Sin embargo, estas redes tienen problemas en cuanto a la transferencia segura de datos. La usurpación de la identidad y los ciberataques a gran escala se han convertido en preocupaciones fundamentales para las personas y las sociedades. Por eso cada vez se investiga más sobre cómo hacer que las futuras redes de comunicación no solo sean más eficientes desde el punto de vista energético, sino también más seguras.
Codificar la información en fotones individuales
El equipo del proyecto Qurope, financiado con fondos europeos, investigó posibles soluciones a este reto en el ámbito de la física cuántica. Al codificar la información en un solo fotón se logra una comunicación totalmente segura. Sin embargo, todavía se necesita superar las pérdidas cuando se transmite información cuántica. Estas pérdidas suceden cuando los fotones son absorbidos por la fibra por la que viajan. Aquí entran en juego los repetidores cuánticos. «Un repetidor cuántico puede servir para superar estas pérdidas directas de transmisión», explica el coordinador del proyecto, Klaus Joens, de la Universidad de Paderborn, en Alemania. «Esto se consigue dividiendo la distancia entre las partes de la comunicación en tramos más cortos». El repetidor toma la señal, realiza una determinada medición cuántica, denominada medición de Bell, y teletransporta el estado cuántico a otra partícula de luz. Si se consiguiera, la internet cuántica sería capaz de transmitir información de forma fiable y eficaz a grandes distancias.
Aprovechar el fenómeno del entrelazamiento cuántico
En el proyecto se reunió a expertos en fuentes y detectores de luz cuánticos, memorias cuánticas y procesamiento fotónico de información cuántica. Uno de los principales objetivos del trabajo era aprovechar un fenómeno cuántico extraño conocido como entrelazamiento cuántico. En el entrelazamiento cuántico, dos partículas se conectan y correlacionan fuertemente a través del espacio, sin importar la distancia que las separe. «En este proyecto hemos hecho progresos enormes hacia la construcción de un repetidor cuántico utilizando fuentes de luz de puntos cuánticos de estado sólido», añade Joens. Los puntos cuánticos son partículas semiconductoras que miden unos pocos nanómetros. «Estos puntos cuánticos emiten fotones entrelazados a la carta. Luego intentamos interconectar estos fotones con materiales capaces de almacenar memoria cuántica». Es la versión cuántica de la memoria de computación ordinaria. Mientras que los ordenadores convencionales almacenan la información como estados binarios (es decir, en unos y ceros), la memoria cuántica almacena un estado cuántico concreto, para su posterior recuperación. El equipo del proyecto desarrolló un sistema prototipo para probar este concepto. Se combinaron distintos sistemas de memoria con puntos cuánticos semiconductores para producir repetidores cuánticos basados en las telecomunicaciones.
El futuro de la comunicación cuántica segura
Aunque el equipo ha avanzado en la tecnología de repetidores cuánticos, aún hay que seguir trabajando para lograr un tiempo de almacenamiento suficiente. No obstante, en el proyecto se ha demostrado lo que es posible y se ha contribuido a allanar el camino para las comunicaciones cuánticas seguras del futuro. «Queríamos demostrar que utilizando repetidores cuánticos se pueden conseguir pérdidas menores que simplemente enviando fotones a través de una fibra», afirma Joens. «Esta es la ventaja clave de un repetidor cuántico». Esta tecnología podría resultar inestimable para conectar de manera eficiente los dispositivos cuánticos en el futuro, al igual que la tecnología de internet de las cosas (IdC) conecta los dispositivos inteligentes de nuestro hogar. Los usos finales podrían incluir las aplicaciones de detección e imagen cuánticas. «Otra posibilidad es disponer de radiotelescopios conectados cuánticamente», señala Joens. «Esto sería enormemente potente y de gran interés para las personas que quieren estudiar el universo».
Palabras clave
Qurope, cuántica, comunicación, fotones, ciberataques, internet, física
