Los ingenieros de la Universidad Northwestern 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 introduce nuevas posibilidades para integrar las comunicaciones cuánticas con los cables de Internet existentes, simplificando enormemente la infraestructura necesaria para las aplicaciones informáticas o de detección cuántica distribuida.
El estudio se publicará en la revista el viernes (20 de diciembre). Óptica.
“Es increíblemente emocionante porque nadie pensó que fuera posible”, dijo Prem Kumar, de Northwestern, quien dirigió el estudio. “Nuestro trabajo muestra un camino hacia redes clásicas y cuánticas de próxima generación que comparten una infraestructura de fibra óptica unificada. Básicamente, abre la puerta para llevar la comunicación cuántica al siguiente nivel”.
Kumar, experto en comunicaciones cuánticas, es profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern, donde dirige el Centro de Computación y Comunicaciones Fotónicas.
Limitada únicamente por la velocidad de la luz, la teletransportación cuántica puede hacer que la comunicación sea casi instantánea. El proceso funciona mediante el uso de entrelazamiento cuántico, una técnica en la que dos partículas se conectan, 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 la comunicación óptica, todas las señales se convierten en luz”, explica Kumar. “Mientras que las señales convencionales para la comunicación clásica normalmente constan de millones de partículas de luz, la información cuántica utiliza fotones individuales”.
Antes de la nueva investigación de Kumar, la sabiduría convencional sugería que los fotones individuales se hundirían en un cable lleno de millones de partículas de luz que transportaban comunicación clásica. Sería como una bicicleta endeble que intentara navegar a través de un túnel abarrotado de camiones pesados a toda velocidad.
Kumar y su equipo, sin embargo, encontraron una manera de ayudar a los delicados fotones a despejar el intenso tráfico. Después de estudiar en profundidad cómo se propaga la luz en los cables de fibra óptica, los investigadores encontraron una longitud de onda de luz menos concurrida para 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 prudente donde se minimiza ese proceso de dispersión”, dijo Kumar. “Descubrimos que podemos realizar comunicaciones cuánticas sin la interferencia de los canales clásicos presentes al mismo tiempo”.
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, envían simultáneamente información cuántica y tráfico regular de Internet a través de él. Finalmente, midieron la calidad de la información cuántica en el extremo receptor mientras ejecutaban el protocolo de teletransportación midiendo la cuántica en el punto medio. Los investigadores han descubierto que la información cuántica se puede transmitir con éxito, incluso en condiciones de mucho tráfico en Internet.
Después de eso, Kumar planea ampliar las pruebas a distancias más largas. Planea utilizar 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. Finalmente, su equipo está explorando la posibilidad de realizar experimentos con cables ópticos subterráneos del mundo real en lugar de carretes en el laboratorio. Pero, con más trabajo por hacer, Kumar es optimista.
“La teletransportación cuántica tiene el potencial de proporcionar conectividad cuántica segura entre nodos geográficamente distantes”, dijo Kumar. “Pero mucha gente asumió durante mucho tiempo que nadie construiría una infraestructura especial para enviar partículas de luz. Si elegimos correctamente las longitudes de onda, no necesitamos construir nuevas infraestructuras. La comunicación clásica y la comunicación cuántica pueden coexistir”.