Teletransportación cuántica: ¿realidad o ficción?

Uso de fibra óptica para teletransportación cuántica

La comunicación digital global se basa en la transferencia rápida y eficiente de datos a la velocidad de la luz a través de una red compleja de fibras ópticas. Esto es aceptable para la computación clásica, que utiliza cadenas binarias de 0 y 1.

Sin embargo, a medida que la computación cuántica se acerca cada vez más a ser una herramienta comúnmente utilizada para el cifrado, la investigación científica y otras aplicaciones, surge la pregunta de cómo transferir datos cuánticos de una computadora cuántica a otra.

Durante mucho tiempo se creyó que esto era casi imposible. Cada ordenador cuántico estaba destinado a funcionar aislado de los demás, lo que reducía su potencial.

Esto se está convirtiendo rápidamente en un problema importante a resolver para la industria tecnológica, especialmente a medida que... Se acaban de presentar nuevos diseños escalables de chips cuánticos.

Este es un paso importante que los investigadores de la Universidad Northwestern, Ciena Corporation y NuCrypt LCC han descubierto: el estado cuántico se puede preservar y transferir en fibra óptica junto con un flujo de datos “normal”.

Publicaron sus resultados en Optica, titulado “La teletransportación cuántica coexiste con las comunicaciones clásicas en fibra óptica¹.

Teletransportación cuántica

Aunque parezca un concepto fantasioso sacado de una película de ciencia ficción, la teletransportación cuántica es en realidad un fenómeno real estudiado durante décadas.

Esto sucede cuando dos partículas diferentes se “emparejan/unen” entre sí, algo llamado entrelazamiento cuántico.

En este caso, cuando dos partículas están unidas, independientemente de la distancia que las separe, intercambian información a grandes distancias, sin transportarla físicamente. En algunos casos, incluso podría ser posible que el intercambio de información se produjera a una velocidad superior a la de la luz, algo teóricamente imposible.

Los físicos cuánticos siguen debatiendo acaloradamente cómo funciona y qué significa para el aspecto fundamental de nuestra realidad. Sin embargo, sabemos que se trata de un efecto cuántico muy real y medible, que podría permitir comunicaciones perfectamente seguras e instantáneas.

Comunicaciones radicalmente diferentes

Una aguja en un pajar en movimiento

Hasta ahora, se asumía que no se podía transferir ningún estado cuántico a través de la fibra óptica, ya que cada fotón individual entrelazado sería atraído por los otros miles de millones que viajan con él y perdería su estado cuántico único.

“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.

El fotón en sí no tiene que ser enviado a grandes distancias, pero su estado termina codificado en el fotón distante. La teletransportación permite el intercambio de información a grandes distancias sin necesidad de que la información misma viaje esa distancia”.

Jordan Thomas – Doctorado en la Universidad Northwestern.

La idea clave fue medir si no había alguna condición específica en la fibra óptica que no perturbara el entrelazamiento cuántico.

Después de realizar estudios en profundidad sobre cómo se dispersa la luz en los cables de fibra óptica, los investigadores encontraron una longitud de onda de luz menos concurrida en la que colocar sus fotones, los canales cuánticos de 1290 nm. Luego, añadieron filtros especiales para reducir el ruido del tráfico habitual de Internet.

Por supuesto, aunque esto suena fácil, la configuración experimental real fue prácticamente sencilla, y el artículo científico publicado nos da una idea de cuán complejo fue realmente todo el experimento:

Fuente: óptica

Nuevas telecomunicaciones

Ya se sabía que los fotones que se transmiten desde un punto A a un punto B a través de fibras ópticas podían llevar en su interior un estado cuántico, pero esta es la primera vez que se ha demostrado que esto puede ocurrir al mismo tiempo que se transmiten otros datos no cuánticos.

Esto significa que se está produciendo un proceso de transferencia de información muy diferente, que depende de un solo fotón a la vez en lugar del millón de fotones habitual.

“En las comunicaciones ópticas, todas las señales se convierten en luz. Mientras que las señales convencionales para las comunicaciones clásicas suelen estar compuestas por millones de partículas de luz, la información cuántica utiliza fotones individuales”.

Pr Prem Kumar – Director del Centro de Comunicación y Computación Fotónica de la Universidad Northwestern

Del prototipo inicial a ambiciones más grandes

Más fibra óptica

La primera prueba se realizó en una fibra óptica de 30 kilómetros de longitud (18.6 millas) por donde pasaba tráfico de Internet de alta velocidad.

El siguiente paso para los investigadores será experimentar con distancias mucho más largas, para ver hasta dónde pueden llegar con este nuevo método de comunicación a distancia.

Hasta ahora, esto se ha llevado a cabo únicamente con fibra óptica de laboratorio. En otro conjunto de pruebas se experimentará con cables ópticos subterráneos reales y se comprobará su funcionamiento con la red mundial preexistente de fibra óptica de Internet.

Ampliación de las aplicaciones cuánticas

Otra parte de la investigación en curso será utilizar dos pares de fotones entrelazados, en lugar de un par. Esto permitiría comprobar qué sucede con otro fenómeno cuántico llamado intercambio de entrelazamientos.

El intercambio de entrelazamiento es un protocolo para transferir el entrelazamiento cuántico de un par de partículas a otro, incluso si el segundo par de partículas nunca ha interactuado.

Se trata de una herramienta adicional importante para las futuras telecomunicaciones cuánticas, ya que daría lugar a aplicaciones cuánticas distribuidas, como las redes cuánticas. Estas redes pueden permitir la transferencia segura de información cuántica a través de rutas largas.

“La teletransportación cuántica tiene la capacidad de proporcionar conectividad cuántica de forma segura entre nodos geográficamente distantes. Pero muchas personas han asumido durante mucho tiempo que nadie construiría una infraestructura especializada para enviar partículas de luz.

Si elegimos las longitudes de onda de forma adecuada, no tendremos que construir nuevas infraestructuras. Las comunicaciones clásicas y las comunicaciones cuánticas pueden coexistir”.

Pr Prem Kumar – Director del Centro de Comunicación y Computación Fotónica de la Universidad Northwestern

Este sería un gran paso en el cifrado cuántico, ya que al utilizar entrelazamientos intercambiados entre pares de partículas, es posible generar claves de cifrado seguras que deberían estar protegidas contra escuchas no autorizadas.

Otro efecto sería permitir la transferencia de estados cuánticos a distancias ultralargas, mediante un método llamado repetidores cuánticos. Al realizar intercambios de entrelazamiento con regularidad, se podría “refrescar” el estado cuántico y evitar cualquier pérdida de datos a largas distancias.

Invertir en computación cuántica

La computación cuántica todavía es un campo emergente, pero los inversores ya pueden acceder a él a través de empresas que lo están desarrollando.

Puede invertir en empresas relacionadas con la cuántica a través de muchos corredores, y puede encontrarlo aquí, en valores.io, nuestras recomendaciones para los mejores brokers en EE.UU, Canada, Australia, el Reino Unido, así como muchos otros países.

Si no está interesado en elegir empresas de computación cuántica específicas, también puede buscar ETF de computación cuántica como ETF cuántico de desafío (QTUM), lo que proporcionará una exposición más diversificada para capitalizar la industria de la computación cuántica.

Puede obtener más información sobre la computación cuántica en “El estado actual de la computación cuántica” y las mayores empresas del sector en “Las 5 mejores empresas de informática cuántica” y "Las 10 principales empresas de informática sin silicio.

Empresa de computación cuántica

1. Alfabeto Inc.

Google es muy activo en la computación cuántica, principalmente a través de su laboratorio Google Quantum AI y su campus Quantum AI en Santa Bárbara.

La computadora cuántica de Google hizo historia en 2019 cuando afirmó haber alcanzado la supremacía cuántica con su máquina Sycamore. La máquina realizó un cálculo en 200 segundos que una supercomputadora convencional habría tardado 10,000 años.

Esto ahora queda eclipsado por El rendimiento de su nuevo chip, llamado SauceEste es el primer chip de computación cuántica con una tasa de error lo suficientemente baja, de modo que cuantos más cúbits se agreguen, menos errores habrá. Esto lo convierte en el primer diseño de chip cuántico escalable.

Pero quizá la mayor aportación de Google sea en el software, una actividad en la que tiene un historial impresionante, incluso mejor que en hardware (búsqueda, GSuit, Android, etc.).

La inteligencia artificial cuántica de Google ya ofrece un conjunto de software diseñado para ayudar a los científicos a desarrollar algoritmos cuánticos.

También aboga abiertamente por “Investigadores, ingenieros y desarrolladores se unen a nosotros en este viaje consultando nuestra software de código abierto y recursos educativos, incluido nuestro Nuevo curso en Coursera, donde los desarrolladores pueden aprender los conceptos básicos de la corrección de errores cuánticos y ayudarnos a crear algoritmos que puedan resolver los problemas del futuro."

Gracias a este enfoque abierto, Google ahora es líder tanto en hardware como en soluciones en la nube. Google podría ser una de las empresas que marque los estándares del software de computación cuántica y la programación cuántica, lo que le otorga una posición privilegiada para liderar la evolución futura del campo.

Mientras tanto, las soluciones de inteligencia artificial, incluido el automóvil autónomo de Waymo, podrían convertirse en el nuevo motor de ingresos para Alphabet, que aún mantiene una posición enormemente dominante en las industrias de búsqueda y publicidad.

Puede obtener más información sobre las actividades no relacionadas con la cuántica de Google, especialmente los anuncios y la IA. en nuestro informe dedicado de diciembre de 2024.

2. Corporación Ciena

Un socio es el proyecto de investigación que demostró la teletransportación cuántica en fibra óptica., Ciena Corporation es líder mundial en sistemas ópticos y de enrutamiento, servicios y software de automatización.

Ciena es, con diferencia, la empresa más grande del mundo. ex China en el mercado óptico, controlando más del 25% de El mercado. Es Presente en 70 países.

Fuente: Corporación Ciena

La empresa prevé que la demanda de ancho de banda aumentará exponencialmente en los próximos cuatro años, impulsada por la demanda de aplicaciones de inteligencia artificial.

Fuente: Corporación Ciena

Esto ha llevado a la empresa a utilizar su sólida posición en redes ópticas para expandirse a nuevos mercados relevantes para el auge de la IA, en particular debido a Muchas aplicaciones de IA Requiriendo nuevos datos localizados centros, debido a leyes sobre privacidad y flujo transfronterizo de datos, así como la aparición de centros de datos desagregados, Requiriendo mayor capacidad de red óptica.

Fuente: Corporación Ciena

Si existe Las redes de fibra óptica resultan ser Utilizable para transmitir datos cuánticos, esto podría Un nuevo sector en auge para la industria de redes ópticas. Esto haría que la El futuro del sector aún más prometedor, ya que la computación cuántica podría darle un impulso masivo después de la ya explosiva demanda de aplicaciones de IA.

Referencia del estudio:

^{1. Thomas, JM, Yeh, FI, Chen, JH, Mambretti, JJ, Kohlert, SJ, Kanter, GS y Kumar, P. (2024). Teletransportación cuántica coexistiendo con comunicaciones clásicas en fibra óptica. Óptica, 11(12), 1700-1707. https://doi.org/10.1364/OPTICA.11.001700}