Los científicos han enviado señales cuánticas a través de cables de fibra óptica estándar utilizando la misma conectividad que impulsa la web actual, en lo que podría ser un paso importante hacia una Internet cuántica funcional.
En un estudio publicado el 28 de agosto en la revista Science , los investigadores utilizaron un chip cuántico construido a medida para empaquetar datos cuánticos junto con una señal óptica estándar y transmitirlos a través de una infraestructura comercial.
Este avance marca la primera vez que se envían datos cuánticos mediante el Protocolo de Internet (IP), el mismo estándar de comunicaciones que sustenta las redes de banda ancha actuales. Los resultados sugieren que las comunicaciones cuánticas podrían funcionar en redes ya en uso, en lugar de necesitar una infraestructura dedicada.
«A diferencia de los experimentos anteriores que requerían configuraciones aisladas en laboratorios o infraestructura especializada, este enfoque integra la comunicación cuántica en redes del mundo real por primera vez», dijo a Live Science en un correo electrónico el autor principal del estudio, Liang Feng , profesor de ciencia de materiales e ingeniería eléctrica en la Universidad de Pensilvania.
«Nuestro Q-Chip permite controlar señales cuánticas y clásicas, de modo que viajen juntas a través de los mismos cables de fibra óptica, utilizando protocolos estándar de Internet».
¿Por qué Internet no puede enviar datos cuánticos?
Los datos cuánticos se transportan mediante cúbits , las unidades básicas de la información cuántica. A diferencia de los bits de las computadoras clásicas, que se representan como 0 o 1, los cúbits pueden existir en una superposición de ambos estados.
Relacionado: Los científicos utilizan el aprendizaje automático cuántico para crear semiconductores por primera vez, y podría transformar la forma en que se fabrican los chips.
Los cúbits también pueden entrelazarse , lo que significa que el estado de uno está simbióticamente ligado al de otro, sin importar la distancia entre ellos. Estas propiedades permiten a las computadoras cuánticas realizar cálculos mucho más allá del alcance de las computadoras convencionales, en paralelo en lugar de secuencialmente.
Sin embargo, estas mismas propiedades también hacen que los datos cuánticos sean notoriamente frágiles. Los estados cuánticos colapsan al observarse o medirse, lo que dificulta enormemente el procesamiento de la información cuántica. En la internet clásica, el tráfico es dirigido por enrutadores que leen e interpretan la información a medida que se mueve por la red. Esto no se puede lograr con partículas cuánticas sin destruir los propios datos que se transmiten, ya que la superposición colapsa en cuanto se observa.
Cómo funciona el Q-Chip
El Q-Chip, que significa «Internet híbrida cuántico-clásica mediante fotónica», aborda este desafío emparejando cada señal cuántica con un «encabezado» clásico: un paquete de datos que contiene información de enrutamiento y temporización codificada en un pulso láser de fibra óptica.
A medida que esta información viaja por la red, es inspeccionada por enrutadores, dispositivos que dirigen el tráfico de internet leyendo la información de los paquetes y reenviándola al destino correcto. Los enrutadores utilizan el encabezado para determinar dónde deben ir los datos y cómo llegar hasta allí.
Al sincronizar las señales clásica y cuántica para que viajen juntas en un pulso, el chip permite a los enrutadores leer la información de navegación del encabezado sin interactuar con la señal cuántica ni interrumpirla. Esto permite que ambas viajen juntas mediante protocolos IP estándar.
Si bien los investigadores han demostrado previamente que los datos cuánticos pueden transmitirse a través de cables de fibra óptica estándar , incluso junto con datos clásicos en la misma banda de longitud de onda , este último estudio marca la primera vez que se transmiten señales cuánticas utilizando IP estándar en una infraestructura real en vivo.
Esto es crucial porque evita la necesidad de una red separada exclusivamente cuántica, lo que reduce significativamente la barrera para implementar y escalar una Internet cuántica , dijo Feng.
«El uso de protocolos IP estándar significa que el Q-Chip permite gestionar la comunicación cuántica como el tráfico normal de Internet con las herramientas ya desarrolladas para enrutamiento, direccionamiento y coordinación», explicó a Live Science.
Al conectar ‘encabezados’ clásicos a los datos cuánticos, el Q-Chip puede enrutar y gestionar señales cuánticas utilizando los dispositivos, sistemas e infraestructura fotónicos clásicos desarrollados sin alterar los delicados estados cuánticos, lo que convierte a esta en la primera demostración práctica de comunicación cuántica que se adapta a la arquitectura de Internet existente.
Para probar el sistema, el equipo construyó una conexión simple entre un servidor y un nodo receptor, utilizando un tramo de 1 kilómetro (0,6 millas) de fibra comercial operada por la compañía de telecomunicaciones Verizon.
Dado que el encabezado clásico y la señal cuántica responden a la interferencia del entorno de forma similar, el equipo pudo utilizar la señal clásica para corregir el ruido sin alterar el estado cuántico. Esto garantizó que los datos llegaran intactos a su destino.
Si bien la configuración piloto fue pequeña, los investigadores creen que marca un paso fundamental hacia una Internet cuántica a gran escala que podría vincular dispositivos cuánticos, en particular porque el Q-Chip está hecho de silicio y se fabrica utilizando procesos existentes, lo que significa que puede producirse en masa.
«En los próximos 5 a 10 años, las primeras etapas de una internet cuántica probablemente se centrarán en redes locales y/o una internet cuántica a gran escala», declaró Feng a Live Science. «Las aplicaciones [podrían incluir] la comunicación segura, la interconexión de ordenadores cuánticos y la detección cuántica distribuida, como la navegación o la temporización ultraprecisas».
¿Te gustó este artículo? Para más historias como esta, síguenos en MSN haciendo clic en el botón +Seguir en la parte superior de esta página.