Científicos lograron demostrar por primera vez la teletransportación cuántica a través de internet
Tal vez no es la teletranspotación como la viste en las películas, pero es real. Científicos de la Universidad de Northwestern lograron probar, por primera vez, la teletransportación cuántica a través de cables de fibra óptica con tráfico de internet.
Ingenieros de la Universidad Northwestern, lograron probar por primera vez la teletransportación cuántica, a través de cables de fibra óptica con tráfico de internet. Comprobaron que existe la posibilidad de combinar las redes cuánticas y clásicas en una infraestructura de fibra óptica compartida.
El descubrimiento, publicado 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 las tecnologías de detección avanzadas o las aplicaciones de computación cuántica.
"Esto es increíblemente emocionante porque nadie pensó que fuera posible", dijo el director del estudio, Prem Kumar. "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.
Cómo funciona la teletransportación cuántica
La teletransportación cuántica, limitada únicamente por la velocidad de la luz, permite una nueva forma ultrarrápida y segura de compartir información entre usuarios de redes distantes, en la que no es necesaria la transmisión directa.
El proceso funciona aprovechando el entrelazamiento cuántico, una técnica en la que se vinculan dos partículas, independientemente de la distancia entre ellas. En lugar de que las partículas viajen físicamente para entregar información, las partículas entrelazadas intercambian información a grandes distancias, sin transportarla físicamente.
"En las comunicaciones ópticas, todas las señales se convierten en luz", explicó 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".
"Al realizar una medición destructiva en dos fotones (uno que lleva un estado cuántico y otro entrelazado con otro fotón), el estado cuántico se transfiere al fotón restante, que puede estar muy lejos", dijo Jordan Thomas, candidato a doctorado en el laboratorio de Kumar y primer autor del artículo. "El fotón en sí no tiene que ser enviado a grandes distancias, pero su estado termina codificado en el fotón distante.
La clave
Lo mas importante, para que esta teletransportación sea posible. es encontrar la ruta correcta para evitar el tráfico. Antes del nuevo estudio de Kumar, muchos investigadores no estaban seguros de si la teletransportación cuántica era posible en cables que transportaban comunicaciones clásicas. Resulta que los fotones entrelazados se perderían entre los millones de otras partículas de luz. 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 acaban de encontrar una forma de ayudar a los delicados fotones a evitar ese 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", dijo Kumar. "Descubrimos que podíamos realizar una comunicación cuántica sin interferencias de los canales clásicos que están presentes simultáneamente".
Los pasos de la prueba de la teletransportación por internet
Para probar el nuevo método, Kumar y su equipo instalaron un cable de fibra óptica de 30 kilómetros de longitud con un fotón en cada extremo. Luego, enviaron simultáneamente información cuántica y tráfico de Internet de alta velocidad 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 un tráfico de Internet intenso!
Aunque muchos otros grupos de científicos han investigado la coexistencia de las comunicaciones cuánticas y clásicas en la fibra, este trabajo es el primero en lograr demostrar la teletransportación cuántica en este nuevo escenario. Esta capacidad de enviar información sin transmisión directa abre la puerta a que se realicen aplicaciones cuánticas aún más avanzadas sin fibra dedicada.
Hacia el futuro
Estos científicos están entusiasmados con nuevas pruebas, ahora planean extender los experimentos a distancias más largas. También piensan utilizar dos pares de fotones entrelazados (en lugar de solo un par) para demostrar el intercambio de entrelazamientos, otro hito importante que conduce a aplicaciones cuánticas distribuidas. También están explorando la posibilidad de realizar experimentos en cables ópticos subterráneos del mundo real, en lugar de en carretes en el laboratorio.
“La teletransportación cuántica tiene la capacidad de proporcionar conectividad cuántica de forma segura entre nodos geográficamente distantes”. "Pero mucha gente ha 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", afirmó Kumar.
Referencias de la Noticia:
Jordan M. Thomas, Prem Kumar, et al. Quantum teleportation coexisting with classical communications in optical fiber. Optica publishing group. (2024).
Amanda Morris. First demonstration of quantum teleportation over busy Internet cables. Space Daily. (23 de diciembre de 2024).