Enviar información cuántica de Alice a Charlie

Los investigadores de los proyectos financiados con fondos europeos QIA y QNETWORK han demostrado cómo se puede teletransportar información cuántica entre dos nodos que no tienen un vínculo directo entre sí. Su trabajo, publicado en la revista «Nature», nos acerca un paso más a un internet cuántico con una comunicación más rápida y segura.

Al igual que en nuestras redes informáticas actuales, los ordenadores cuánticos deberán estar conectados para transferirse bits cuánticos, o cúbits, de información entre ellos. Sin embargo, enviar esta información de una ubicación o nodo a otro puede ser problemático: si se utilizan fibras ópticas normales, la pérdida de fotones dentro de la fibra da como resultado una pérdida de información. Este problema se puede superar mediante un fenómeno llamado entrelazamiento cuántico, que permite conectar dos nodos separados por grandes distancias y, así, teletransportar información entre nodos.

Para poder teletransportar cúbits de un nodo a otro, es necesario realizar cambios en el cúbit del remitente realizando lo que se denomina una medición del estado de Bell (BSM, por sus siglas en inglés). Esto hace que el estado cuántico del cúbit desaparezca del nodo del remitente y reaparezca en forma cifrada en el nodo del receptor. Por último, el resultado de la BSM se envía al receptor a través de otro canal (por ejemplo, fibra óptica) y se explica qué operación debe realizarse para que el estado cuántico (y por lo tanto la información teletransportada) pueda descifrarse.Teletransportar cúbits ya se había realizado con dos nodos adyacentes llamados Alice y Bob. Ahora, los investigadores pudieron demostrar la teletransportación de cúbits entre Alice y un tercer nodo, Charlie, creando un entrelazamiento entre ellos a través de Bob.

Para el experimento de teletransportación, utilizaron la red cuántica de tres nodos que habían creado en 2021 en el instituto neerlandés de investigación QuTech [fundado por la Universidad Tecnológica de Delft (TU Delft), coordinadora de los proyectos QIA y QNETWORK, junto con la organización de investigación independiente TNO]. Sin embargo, para lograr una teletransportación de alta fidelidad, primero realizaron varias actualizaciones. Resolvieron el problema de las señales de aviso falsas desencadenadas por un segundo fotón no deseado, abordaron la dificultad de la difusión espectral y mejoraron la protección de los cúbits de memoria y el procedimiento de lectura de cúbits.

Estas mejoras hicieron posible el teletransporte de cúbits entre los nodos no vecinos Alice y Charlie. El equipo entrelazó primero el cúbit de Alice con el de Charlie a través del cúbit de Bob. Luego, se aplicó la BSM al cúbit de Charlie, lo que hizo que su estado cuántico se teletransportara a Alice. A continuación, el equipo de investigación envió el resultado de la BSM a Alice y recuperó la información cifrada con una fidelidad de cerca del 71 %.

Según una noticia publicada en «Physics World», el siguiente paso previsto por el autor principal del estudio, el catedrático Ronald Hanson de la TU Delft, es aumentar el número de cúbits de memoria y probar la tecnología en una red real. «También estamos cooperando con informáticos para desarrollar la pila de llamada de la red cuántica, una pila similar a la de capas de control que actualmente usa el internet que todos utilizamos hoy en día», subraya Hanson, que también es uno de los fundadores de QuTech.

Realizado con el respaldo de QIA (Quantum Internet Alliance) y QNETWORK (Quantum networks wired by multi-spin entanglement), este trabajo constituye un componente básico importante para las redes cuánticas del futuro. Además, allana el camino para la investigación de protocolos y aplicaciones de múltiples nodos basados en la teletransportación.

Para más información, consulte:

Sitio web del proyecto QIA

Proyecto QNETWORK