Científicos del Instituto QuTech de la Universidad de Delft en los Países Bajos han logrado un avance significativo en el campo de la computación cuántica. Lograron teletransportar información de forma cuántica, allanando el camino para una futura Internet cuántica.
Computación cuántica, potencial infinito
En primer lugar, hay que entender que la computación cuántica es completamente diferente a la computación clásica, ya que utiliza las propiedades del mundo cuántico, es decir, de lo infinitamente pequeño. En efecto, las partículas elementales no se comportan en absoluto de la misma manera que lo que experimentamos en nuestra vida cotidiana, de ahí el interés de los investigadores por sus propiedades en el campo de la informática. Por ejemplo, pueden existir en diferentes estados simultáneamente.
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Basta con comparar los qubits y los bits para darse cuenta del potencial de esta tecnología. Las computadoras clásicas procesan los bits para almacenar información y solo pueden existir como 0 o 1. El qubit, un análogo del bit en la computación cuántica, puede existir como 1 y 0 simultáneamente, lo que permite que una computadora cuántica realice cálculos, por ejemplo, lejos. más complejo que sus contrapartes tradicionales.
Por ahora, el campo de la computación cuántica aún está en pañales; pero cada paso adelante es importante porque nos acerca a un mundo de infinitas posibilidades. Eventualmente, pero es imposible saber cuándo, las computadoras cuánticas deberían poder realizar tareas en minutos que les tomarían a las supercomputadoras existentes miles de años.
Una red cuántica de tres nodos
Los investigadores holandeses involucrados en el estudio discutido hoy y publicado en la revista Naturaleza, desarrolló la primera red cuántica de tres nodos en 2021, y fue esta misma red la que se utilizó para el experimento. Debes saber que la información cuántica puede ser transportada por fibra óptica, pero los fotones se pierden a grandes distancias, por lo que la información que contienen también desaparece. La teletransportación cuántica de información parece ser, por lo tanto, una solución ideal, pero aún es necesaria para tener éxito en su implementación.
La red de tres nodos de QuTech no está completamente conectada. Ubicados en un laboratorio separado, a varios metros de distancia entre sí, cada uno de los tres nodos denominados Alice, Bob y Charlie contiene un qubit de información elaborado a partir de centros vacantes de nitrógeno, que son defectos en la red de átomos de carbono del diamante. Solo uno de los nodos, Bob, contiene un qubit de memoria diseñado a partir de un átomo de carbono adyacente. Bob está conectado con Alice y Charlie, pero los dos últimos no están conectados entre sí, como se explica en el siguiente video:
Enredos cuánticos, imprescindibles para la teletransportación de información
El primer paso para teletransportar información cuántica de un transmisor (Alice) a un receptor (Charlie) es establecer el entrelazamiento entre sus respectivos qubits. El entrelazamiento cuántico es un fenómeno en el que dos partículas forman un sistema vinculado y exhiben estados cuánticos que dependen unos de otros, independientemente de la distancia entre ellos.
Así, los dos dejan de ser partículas individuales con estados propios definidos y se convierten en un sistema con una sola función de onda. Para lograrlo, Alice establece un enredo con Bob, y cualquier acción que ocurra en ella es instantáneamente replicada en él. Entonces es el turno de Bob para establecer un enredo con Charlie. Resultado: Bob permite que Alice y Charlie establezcan un enredo entre ellos si no están conectados.
» Después de preparar un enredo entre Alice y Charlie, se crea y luego se ejecuta el estado para ser teletransportado. Entonces sucede algo que solo es posible en el mundo cuántico: después de la medición, la información desaparece del lado de Charlie y aparece inmediatamente del lado de Alice. “, explica Ronald Hanson, físico de QuTech y autor principal del estudio.
En otras palabras, la información se teletransportaba de un nodo a otro, sin cruzar ni el espacio ni la fibra; de esta forma, no se puede perder en el camino como ocurre con la fibra óptica, y es muy segura, elemento fundamental para construir una red funcional.
Este diagrama detalla cómo Alice, la transmisora de información, y Charlie, su receptor, logran el entrelazamiento cuántico gracias a Bob. Esquema: Naturaleza
Un pequeño paso con grandes implicaciones
Esta no es la primera vez que los investigadores logran la teletransportación cuántica. Hace cinco años, investigadores de la Universidad China de Ciencia y Tecnología lograron teletransportar fotones de la Tierra al satélite Micius, en órbita a 1.400 kilómetros de altitud. Por otro lado, la teletransportación cuántica de información realizada por científicos holandeses es una primicia y es mucho más compleja. De hecho, puede darnos una idea de cómo sería una red de Internet cuántica.
» Además de la calidad del experimento, la demostración de una configuración de comunicación cuántica sofisticada con tres nodos y algoritmos de comunicación muy elaborados sienta las bases para su extensión a configuraciones escalables de distribución de entrelazamiento y comunicación cuántica que son muy prometedoras. ”, comenta García Ripoll, investigador del Instituto de Física Fundamental del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y cofundador de Inspiration-Q, al diario El Pais.
Ahora, los científicos quieren aumentar la cantidad de qubits de memoria, lo que permitirá ejecutar protocolos más complejos, pero también que la tecnología se use fuera de un laboratorio. Bien sûr, cette avancée n’est qu’un premier (petit) pas vers le déploiement d’un vaste réseau quantique, qui ne devrait pas voir le jour avant dix ans au moins, mais elle n’est pas, non plus, à Tomar a la ligera.
Si el Internet cuántico aún está lejos, los expertos ya se están preparando para los posibles peligros que representa. Por ejemplo, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), ubicado en los Estados Unidos, ya está trabajando en el cifrado de fuerza cuántica para prevenir futuros ciberataques cuánticos.