Primera demostración de teletransportación cuántica a través de cables de Internet muy utilizados

Los ingenieros de la Universidad Northwestern (Estados Unidos) son los primeros en demostrar con éxito la teletransportación cuántica a través de un cable de fibra óptica que ya transporta tráfico de Internet. El descubrimiento, que en la revista Optica, introduce la nueva posibilidad de combinar la comunicación cuántica con los cables de Internet existentes, simplificando enormemente la infraestructura necesaria para aplicaciones distribuidas de detección o computación cuántica.

"Esto es increíblemente emocionante porque nadie pensó que fuera posible", declara Prem Kumar de Northwestern , quien dirigió el estudio. "Nuestro trabajo muestra un camino hacia redes cuánticas y clásicas de próxima generación que comparten una infraestructura de fibra óptica unificada. Básicamente, abre la puerta para llevar las comunicaciones cuánticas al siguiente nivel".

Experto en comunicación cuántica, Kumar es profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern , donde dirige el Centro de Comunicación y Computación Fotónica .

La teletransportación cuántica, limitada únicamente por la velocidad de la luz, podría hacer que las comunicaciones sean casi instantáneas. El proceso funciona aprovechando el entrelazamiento cuántico, una técnica en la que dos partículas se vinculan, 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 transportarla físicamente.

"En las comunicaciones ópticas, todas las señales se convierten en luz", explica Kumar. "Mientras que las señales convencionales para las comunicaciones clásicas suelen estar compuestas por millones de partículas de luz, la información cuántica utiliza fotones individuales".

Antes del nuevo estudio de Kumar, la opinión generalizada sugería que los fotones individuales se hundirían en cables llenos de millones de partículas de luz que transportan las comunicaciones clásicas. Sería como una bicicleta endeble que intentara atravesar un túnel lleno de camiones pesados que circulan a toda velocidad. Sin embargo, Kumar y su equipo encontraron una forma de ayudar a los delicados fotones a evitar el tráfico intenso.

Después de realizar estudios en profundidad sobre cómo se dispersa la luz dentro de los cables de fibra óptica, los investigadores encontraron una longitud de onda de luz menos concurrida en la que colocar 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 un punto justo donde ese mecanismo de dispersión se minimiza", relata Kumar. "Descubrimos que podíamos realizar una comunicación cuántica sin interferencias de los canales clásicos que están presentes simultáneamente".

Para probar el nuevo método, Kumar y su equipo instalaron un cable de fibra óptica de 30 kilómetros de largo con un fotón en cada extremo. Luego, enviaron simultáneamente información cuántica y tráfico normal de Internet a través de él.

Finalmente, midieron la calidad de la información cuántica en el extremo receptor mientras ejecutaban el protocolo de teletransportación haciendo mediciones cuánticas en el punto medio. Los investigadores descubrieron que la información cuántica se transmitía con éxito, incluso con el tráfico de Internet intenso pasando a toda velocidad.

A continuación, Kumar planea extender los experimentos a distancias más largas. También planea usar dos pares de fotones entrelazados (en lugar de un par) para demostrar el intercambio de entrelazamientos, otro hito importante que conduce a aplicaciones cuánticas distribuidas. Por último, su equipo está explorando la posibilidad de realizar experimentos en cables ópticos subterráneos del mundo real en lugar de en carretes en el laboratorio. Pero, incluso con más trabajo por hacer, Kumar es optimista.

"La teletransportación cuántica tiene la capacidad de proporcionar conectividad cuántica de forma segura entre nodos geográficamente distantes", apunta Kumar. "Pero muchas personas han asumido durante mucho tiempo que nadie construiría una infraestructura especializada para enviar partículas de luz. Si elegimos las longitudes de onda correctamente, no tendremos que construir una nueva infraestructura. Las comunicaciones clásicas y las comunicaciones cuánticas pueden coexistir".