Teletransportación Cuántica: ¿Hecho o Ficción?

Uso de Fibra Óptica para la Teletransportación Cuántica

La comunicación digital global depende de la transferencia rápida y eficiente de datos a la velocidad de la luz a través de una compleja red 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 de uso común para el cifrado, la investigación científica y otras aplicaciones, surge la pregunta de cómo transferir datos cuánticos de un ordenador cuántico a otro.

Durante mucho tiempo, se creyó que esto era casi imposible. Cada ordenador cuántico estaba destinado a trabajar en aislamiento de los demás, reduciendo su potencial.

Esto se está convirtiendo rápidamente en un problema importante a resolver para la industria tecnológica, especialmente ahora que se han revelado nuevos diseños escalables de chips cuánticos.

Así que este es un paso importante que investigadores de la Universidad Northwestern, Ciena Corporation y NuCrypt LCC han descubierto: el estado cuántico puede preservarse y transferirse en fibra óptica junto con una corriente de datos “normal”.

Publicaron sus resultados en Optica, titulados “Teletransportación cuántica coexistiendo con comunicaciones clásicas en fibra óptica¹”.

Teletransportación Cuántica

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

Esto ocurre cuando dos partículas diferentes están “emparejadas/vinculadas” entre sí, algo llamado entrelazamiento cuántico.

En este caso, cuando dos partículas están vinculadas, sin importar la distancia entre ellas, intercambian información a grandes distancias — sin transportarla físicamente. En algunos casos, incluso podría ser posible que el intercambio de información ocurra más rápido que la velocidad de la luz, algo teóricamente imposible.

Cómo funciona y lo que significa para el aspecto fundamental de nuestra realidad sigue siendo objeto de intenso debate entre los físicos cuánticos. 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 ningún estado cuántico podía transferirse a través de fibra óptica, ya que cualquier fotón entrelazado individual sería absorbido por los otros miles de millones que viajan con él y perdería su estado cuántico único.

“Al realizar una medida 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 propio fotón no tiene que enviarse a largas distancias, pero su estado termina codificado en el fotón distante. La teletransportación permite el intercambio de información a grandes distancias sin requerir que la información misma viaje esa distancia.”

Jordan Thomas – Ph.D. at Northwestern University.

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

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

Por supuesto, aunque esto suene fácil, la configuración experimental real no fue nada simple, y el artículo científico publicado nos brinda una visión de lo compleja que fue realmente toda la experiencia:

Fuente: Optica

Nuevas Telecomunicaciones

Dado que la fibra óptica transfiere fotones del punto A al punto B, ya se sabía que podían transportar un estado cuántico. Pero esta es la primera vez que se ha demostrado que esto puede ocurrir simultáneamente con la transferencia de otros datos no cuánticos.

Esto significa que está ocurriendo un proceso de transferencia de información muy diferente, que depende de un solo fotón a la vez en lugar de los habituales millones de fotones.

“En las comunicaciones ópticas, todas las señales se convierten en luz. Mientras que las señales convencionales para comunicaciones clásicas suelen constar de 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 Amplias

Más Fibra Óptica

La primera prueba se realizó en una fibra óptica de 30 km (18,6 millas) de longitud, con tráfico de Internet de alta velocidad pasando a través de ella.

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

Hasta ahora, esto se ha realizado únicamente con fibra óptica de laboratorio. Otro conjunto de pruebas experimentará con cables ópticos subterráneos del mundo real y verá qué tan bien funcionan con la red global preexistente de fibra óptica de Internet.

Expandiendo Aplicaciones Cuánticas

Otra parte de la investigación en curso será usar dos pares de fotones entrelazados, en lugar de un solo par. Esto permitiría comprobar qué ocurre con otro fenómeno cuántico llamado intercambio de entrelazamiento.

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.

Esta es una herramienta adicional importante para futuras telecomunicaciones cuánticas potenciales, ya que conduciría a aplicaciones cuánticas distribuidas como redes cuánticas. Estas redes podrían permitir la transferencia segura de información cuántica a largas rutas.

“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 adecuadamente, no tendremos que construir nueva infraestructura. Las comunicaciones clásicas y las comunicaciones cuánticas pueden coexistir.”

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

Esto sería un gran paso en la encriptación impulsada por la computación cuántica, ya que al utilizar los entrelazamientos intercambiados entre pares de partículas, es posible generar claves de cifrado seguras que deberían estar protegidas contra la interceptación.

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

Invertir en Computación Cuántica

La computación cuántica sigue siendo un campo emergente, pero los inversores ya pueden acceder a ella a través de empresas que la están desarrollando.

Puedes invertir en empresas relacionadas con la computación cuántica a través de muchos corredores, y aquí, en securities.io, puedes encontrar nuestras recomendaciones de los mejores corredores en EE. UU., Canadá, Australia, el Reino Unido, así como en muchos otros países.

Si no te interesa seleccionar empresas específicas de computación cuántica, también puedes considerar los ETFs de computación cuántica como Defiance Quantum ETF (QTUM), que ofrecerán una exposición más diversificada para capitalizar la industria de la computación cuántica.

Puedes aprender más sobre la computación cuántica en “El Estado Actual de la Computación Cuántica” y conocer las mayores empresas del sector en “5 Mejores Empresas de Computación Cuántica” y “Top 10 Empresas de Computación No de Silicio”.

Empresa de Computación Cuántica

1. Alphabet Inc.

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

El ordenador cuántico 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 habría llevado a una supercomputadora convencional 10 000 años.

Esto ahora queda eclipsado por el rendimiento de su chip más reciente, llamado Willow. Este es el primer chip de computación cuántica con una tasa de error lo suficientemente baja, de modo que cuanto más qubits añades, menos error obtienes. Lo convierte en el primer diseño de chip cuántico escalable.

Pero tal vez la mayor contribución de Google será en el software, una actividad donde tiene un historial impresionante, incluso mejor que en hardware (búsqueda, G Suite, Android, etc.).

Ya, Quantum AI de Google pone a disposición una suite de software diseñada para ayudar a los científicos a desarrollar algoritmos cuánticos.

También aboga abiertamente para “investigadores, ingenieros y desarrolladores a unirse a nosotros en este viaje revisando nuestro software de código abierto y recursos educativos, incluido nuestro nuevo curso en Coursera, donde los desarrolladores pueden aprender los conceptos esenciales de corrección de errores cuánticos y ayudarnos a crear algoritmos que puedan resolver los problemas del futuro.”.

Gracias a este enfoque abierto, Google ahora lidera tanto en hardware como en sus soluciones en la nube. Google podría ser una de las empresas que establecen los estándares del software de computación cuántica y la programación cuántica, dándole una posición privilegiada para dirigir la evolución futura del campo.

Mientras tanto, las soluciones de IA, incluido el coche autónomo de Waymo, podrían convertirse en el nuevo motor de ingresos para Alphabet, que sigue manteniendo una posición dominadora masiva en las industrias de búsqueda y publicidad.

Puedes aprender más sobre las actividades de Google no relacionadas con la computación cuántica, especialmente anuncios e IA, en nuestro informe dedicado de diciembre de 2024.

2. Ciena Corporation

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

Ciena es, de lejos, la empresa más grande del mundo ex-China en el mercado óptico, controlando más del 25 % del mercado. Está presente en 70 países.

Fuente: Ciena Corporation

La empresa ve la demanda de ancho de banda como explosiva en los próximos 4 años, impulsada por la demanda de aplicaciones de IA.

Fuente: Ciena Corporation

Esto ha impulsado a la empresa a usar su fuerte posición en redes ópticas para expandirse a nuevos mercados relevantes para el auge de la IA, notablemente debido a que muchas aplicaciones de IA requieren nuevos centros de datos localizados, debido a leyes sobre privacidad y flujo de datos transfronterizo, así como la aparición de centros de datos desagregados, que requieren mayor capacidad de red óptica.

Fuente: Ciena Corporation

Si las redes existentes de fibra óptica demuestran ser utilizables para transmitir datos cuánticos, esto podría demostrar un nuevo sector en auge para la industria de redes ópticas. Esto haría 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, J. M., Yeh, F. I., Chen, J. H., Mambretti, J. J., Kohlert, S. J., Kanter, G. S., & Kumar, P. (2024). Teletransportación cuántica coexistiendo con comunicaciones clásicas en fibra óptica. Optica, 11(12), 1700–1707. https://doi.org/10.1364/OPTICA.11.001700}