El futuro de la comunicación cuántica: El teletransporte de un solo fotón

¿Qué es el teletransporte cuántico y cómo funciona?

Aunque parezca una fantasía sacada de una película de ciencia ficción, el teletransporte cuántico es un fenómeno real estudiado durante décadas.

Esto ocurre cuando dos partículas diferentes se "emparejan", lo que se denomina entrelazamiento cuántico.

En este caso, cuando dos partículas están enlazadas, independientemente de la distancia que las separe, intercambian información a grandes distancias, sin transportarla físicamente. En algunos casos, incluso parece que el intercambio de información se produce más rápido que la velocidad 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.

Estado actual de la tecnología de teletransporte cuántico

Avances para la transferencia práctica de datos cuánticos

Recientemente se han logrado avances para convertir el entrelazamiento cuántico y el teletransporte en medios prácticos para transferir datos.

Un avance fue el descubrimiento de que una red de fibra óptica ordinaria podía utilizarse para esta tarea, incluso mezclada con el tráfico habitual de Internet. Esto abre la posibilidad de una telecomunicación cuántica práctica sin tener que construir una red paralela dedicada a la normal que se utiliza actualmente.

Otro avance es la posibilidad de conectar en red los ordenadores cuánticos. Investigadores de Oxford utilizaron fibras ópticas para conectar qubits y enredarlos mediante fotones (partículas de luz).. Podría abrir el camino a los ordenadores cuánticos modulares, con cada subunidad conectada entre sí.

Por último, QNodeOS, un sistema operativo para cálculos cuánticos, proporcionaría la base informática para hacer funcionar esa red de ordenadores cuánticos..

Limitaciones y retos del teletransporte cuántico

La mayoría de los dispositivos de teletransporte cuántico considerados actualmente son de tipo "lineal", en los que los fotones se transfieren directamente del punto A al punto B.

Esto suele ser problemático, ya que este tipo de transferencia de fotones añade intrínsecamente ruido a la señal, lo que puede hacer que la telecomunicación falle, o al menos sea menos eficiente.

Otro problema es que la mayoría de las fuentes de fotones no producen un único par de fotones, lo que complica la determinación del entrelazamiento.

En concreto, es habitual que las fuentes de entrelazamiento produzcan más de un par de fotones a la vez, por lo que no está claro si los dos utilizados en el teletransporte están realmente entrelazados.

Cómo la óptica no lineal podría transformar las comunicaciones cuánticas

Un equipo de investigadores de la Universidad de Illinois podría haber creado una nueva fuente de fotones que mejoraría radicalmente el rendimiento de las comunicaciones basadas en el teletransporte cuántico.

Publicaron sus resultados en Physical Review Letters¹bajo el título "Teletransporte cuántico fiel mediante un analizador de estado de campana no lineal nanofotónico".

La idea clave es que esta técnica ayuda a reducir el problema de la emisión múltiple de fotones, haciendo que la técnica sea más fiable gracias a los principios subyacentes de la óptica no lineal.

Comprender la óptica no lineal en la tecnología cuántica

La óptica lineal es la ciencia óptica habitual que se enseña en la escuela, en la que la luz interactúa directamente con un prisma, por ejemplo.

En óptica no lineal, la reacción del medio por el que pasa la luz depende de la longitud de onda, la intensidad, la dirección y la polarización de la luz.

"El ruido multifotónico se produce en todas las fuentes de entrelazamiento realistas, y es un grave problema para las redes cuánticas.

El atractivo de la óptica no lineal es que puede mitigar el efecto del ruido multifotónico en virtud de la física subyacente, lo que permite trabajar con fuentes de entrelazamiento imperfectas".

Elizabeth Goldschmidt - Catedrático de Física de Illinois

Los componentes ópticos no lineales hacen que fotones de distintas frecuencias se combinen y creen nuevos fotones a nuevas frecuencias. En este caso concreto, se utilizó la "generación de suma de frecuencias" (SFG).

Fuente: EKSPLA

Fusión de fotones mediante generación de suma de frecuencias (SFG)

Gracias a la fusión de fotones que se produce durante la SFG, sólo se pueden utilizar las frecuencias de estos fotones específicos, lo que reduce en gran medida el ruido de los múltiples fotones que se producen si se utiliza óptica lineal.

Fuente: SciTechDaily

No se trata de una idea nueva, pero el problema hasta ahora era que hacer que se produjera la SFG era tan difícil que nunca había suficientes fotones para que fuera un medio práctico de transferir información.

"Los investigadores lo saben desde hace mucho tiempo, pero no se ha explorado a fondo debido a la escasa probabilidad de éxito de la SFG.

En el pasado, lo máximo que se conseguía era 1 entre 100 millones. Nuestro logro es multiplicar por 10.000 la eficiencia de conversión hasta 1 entre 10.000 con una plataforma nanofotónica".

Kejie Fang - Profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática

Nuevos materiales hacen viable la óptica cuántica no lineal

Este aumento de 10.000 veces en la eficiencia convierte de repente a la óptica no lineal en una opción viable para producir los fotones que se utilizarán para transferir datos mediante la medición de su entrelazamiento.

Se consiguió gracias a un material de indio-galio-fosforilo desarrollado por los investigadores.

"Nuestro sistema no lineal transmite información cuántica con una fidelidad de 94%, frente al límite teórico de 33% de los sistemas que utilizan componentes ópticos lineales".

Kejie Fang - Profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática

¿Cuál es el futuro de la teletransportación y las redes cuánticas?

Por ahora se trata de un avance muy teórico, en el sentido de que cambia por completo la forma en que los investigadores tendrán que construir los sistemas de telecomunicaciones cuánticas en el futuro, ya que actualmente todos los protocolos de redes cuánticas (incluidos el teletransporte cuántico y el intercambio de entrelazamientos) utilizan un diseño óptico lineal.

Combinado con los avances logrados en la transferencia de fotones entrelazados en redes de fibra óptica normales, esto podría cambiar radicalmente la fiabilidad y eficacia de este método de telecomunicación, acercando los ordenadores cuánticos interconectados mucho más de lo que antes se creía posible.

Invertir en computación cuántica de iones atrapados

A medida que estos avances en comunicación cuántica se hacen cada vez más viables, empresas como IonQ (IONQ +4.15%) se están posicionando para comercializar la tecnología.

IonQ es una empresa de computación cuántica que utiliza tecnología de iones atrapados, fundada por científicos pioneros en este campo de la Universidad de Maryland y la Universidad de Duke. Cotizó en bolsa en 2021.

Las plataformas de computación cuántica IonQ son capaces de producir un resultado con una fidelidad del 99,9%. Actualmente utiliza una cadena de 64 iones de bario, que produce un qubit algorítmico de 36 (AQ). La organización en cadena permite una computación mucho más rápida que otros diseños de iones atrapados sin perder fidelidad.

Fuente: IonQ

IonQ adquirió Qubitekk en enero de 2025, añadiendo a sus operaciones el equipo de la empresa y 118 patentes a IonQ. La especialidad de Qubitekk son las redes cuánticas, que utilizan interconexiones fotónicas, habilitan clústeres cuánticos y hacen avanzar las capacidades de Internet cuántica.

Las redes cuánticas deberían facilitar comunicaciones altamente seguras y, en última instancia, permitir la computación cuántica distribuida. Teniendo en cuenta la rapidez con que avanza este campo, los conocimientos y la propiedad intelectual sobre este tema podrían resultar cruciales para el futuro de IonQ.

IonQ también está desarrollando una asociación con Fotónica NKT (NKT.CO) para ayudar a desarrollar futuros ordenadores cuánticos preparados para centros de datos.

También colabora con Imec en circuitos fotónicos integrados y tecnología de trampa de iones a escala de chip para aumentar el número de qubits de la empresa y el tamaño y los costes del sistema.

En lugar de desarrollar su propio SDK (kit de desarrollo de software), la empresa da soporte a todos los principales a la vez y se asocia con muchas empresas punteras para desarrollar nuevas aplicaciones de computación cuántica.

Fuente: IonQ

Junto con su competidor Quantinuum, parte de Honeywell (HON +0.74%)IonQ está más cerca de desarrollar ordenadores cuánticos comerciales, centrándose en sistemas de iones atrapados de alta fidelidad y menor número de qubits.

IonQ es lo más parecido a una acción de computación cuántica pura para los inversores menos interesados en las actividades de otros líderes como Google, Intel, IBM o Honeywell.

Su éxito inicial le ha ayudado a crear una sólida red de asociaciones con otros innovadores de la computación cuántica para seguir impulsando esta tecnología, con una reciente reorientación hacia los ordenadores cuánticos en red.

A medida que la telecomunicación por entrelazamiento cuántico se hace cada vez más fiable, la combinación de muchos ordenadores cuánticos de iones atrapados de alta fiabilidad podría ser una opción sólida para la primera aplicación comercial de esta tecnología.

Noticias y últimos acontecimientos sobre las acciones de IonQ

Referencia del estudio:

^{1. Joshua Akin, Yunlei Zhao, Paul G. Kwiat, Elizabeth A. Goldschmidt y Kejie Fang.(2025) Teleportación cuántica fiel a través de un Analizador de estado de campana no lineal nanofotónico. Physical Review Letters134, 160802 https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.160802}