Computación
El futuro de la comunicación cuántica: Teleportación de fotón único explicada
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¿Qué es la teleportación cuántica y cómo funciona?
Aunque suene como un concepto fantasioso de una película de ciencia ficción, la teleportación cuántica es en realidad un fenómeno real estudiado durante décadas.
Esto ocurre cuando 2 partículas diferentes se “emparejan/enlazan” juntas, 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 parece que el intercambio de información ocurre 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.
Estado actual de la tecnología de teleportación cuántica
Avances que permiten la transferencia práctica de datos cuánticos
Se han logrado avances recientes para aprovechar el entrelazamiento cuántico y la teleportación en medios prácticos de transferencia de datos.
Un avance fue el descubrimiento de que una red de fibra óptica ordinaria podría usarse para la tarea, incluso cuando se mezcla con el tráfico de Internet regular. Esto abre la posibilidad de telecomunicaciones cuánticas prácticas sin tener que construir una red paralela dedicada a la red normal actualmente utilizada.
Otro avance es la posibilidad de interconectar computadoras cuánticas. Investigadores de Oxford usaron fibras ópticas para conectar qubits y entrelazarlos, utilizando fotones (partículas de luz). Podría abrir el camino para computadoras cuánticas modulares, con cada subunidad conectada entre sí.
Limitaciones y desafíos de la teleportación cuántica
La mayoría de los dispositivos de teleportación cuántica actualmente considerados son del tipo “lineal”, donde los fotones se transfieren directamente del punto A al punto B.
Esto suele ser problemático, ya que este tipo de transferencia de fotones añade inherentemente ruido a la señal, lo que potencialmente hace que la telecomunicación falle, o al menos sea menos eficiente.
Otro problema es que la mayoría de las fuentes de fotones no producirán un solo par de fotones, lo que complica la determinación del entrelazamiento.
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 la teleportación cuántica.
Publicaron sus resultados en Physical Review Letters1, bajo el título “Faithful Quantum Teleportation via a Nanophotonic Nonlinear Bell State Analyzer”.
La idea clave es que esta técnica ayuda a reducir el problema de la emisión múltiple de fotones, haciendo la técnica más fiable gracias a los principios subyacentes de la óptica no lineal.
Comprendiendo la óptica no lineal en la tecnología cuántica
La óptica lineal es la ciencia óptica regular enseñada en la escuela, donde la luz interactúa directamente con un prisma, por ejemplo.
En la óptica no lineal, la reacción del medio por el que pasa la luz depende de la longitud de onda, intensidad, dirección y polarización de la luz.
“El ruido de multiphotones ocurre en todas las fuentes de entrelazamiento realistas, y es un problema serio para las redes cuánticas.
El atractivo de la óptica no lineal es que puede mitigar el efecto del ruido de multiphotones gracias a la física subyacente, haciendo posible trabajar con fuentes de entrelazamiento imperfectas.
Los componentes ópticos no lineales hacen que fotones de diferentes frecuencias se combinen y creen nuevos fotones a nuevas frecuencias. En este caso específico, 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 ocurre durante la SFG, solo se pueden usar las frecuencias específicas de estos fotones, reduciendo enormemente el ruido de múltiples fotones que se produciría al usar óptica lineal.
Fuente: SciTechDaily
Esta no es una idea nueva, pero el problema hasta ahora era que lograr la SFG era tan difícil que nunca había suficientes fotones para ser un medio práctico de transferencia de información.
“Los investigadores conocen esto desde hace mucho tiempo, pero no se ha explorado completamente debido a la baja probabilidad de éxito de la SFG.
En el pasado, lo mejor que se había logrado era 1 en 100 millones. Nuestro logro es lograr un factor de aumento de 10,000 en la eficiencia de conversión a 1 en 10,000 con una plataforma nanofotónica.
Kejie Fang – Profesor asociado de ingeniería eléctrica y de computación
Nuevos materiales que hacen viable la óptica cuántica no lineal
Este aumento de 10,000 veces en la eficiencia hace que la óptica no lineal sea de repente una opción viable para producir los fotones que se usarán para transferir datos mediante la medición de su entrelazamiento.
Se logró gracias a un material de indio-galio-fosfuro desarrollado por los investigadores.
“Nuestro sistema no lineal transmite información cuántica con un 94% de fidelidad, comparado con el límite teórico del 33% en sistemas que usan componentes ópticos lineales,”
Kejie Fang – Profesor asociado de ingeniería eléctrica y de computación
¿Qué sigue para la teleportación cuántica y el networking?
Por ahora se trata de un progreso muy teórico, en el sentido de que cambia completamente cómo los investigadores tendrán que construir los sistemas de telecomunicación cuántica en el futuro, ya que actualmente todos los protocolos de redes cuánticas (incluyendo la teleportación cuántica y el intercambio de entrelazamiento) utilizan diseños ópticos lineales.
Combinado con el progreso logrado en la transferencia de fotones entrelazados en redes de fibra óptica regulares, esto podría cambiar radicalmente la fiabilidad y eficiencia de este método de telecomunicación, acercando mucho más los computadores cuánticos interconectados de lo que se creía posible.
Invertir en computación cuántica de iones atrapados
A medida que estos avances en la comunicación cuántica se vuelven cada vez más viables, empresas como IonQ (IONQ ) 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 el campo de la Universidad de Maryland y la Universidad de Duke. Se cotizó públicamente en la NYSE en 2021.
IONQ Gráfico de precios
Las plataformas de computación cuántica de IonQ pueden producir un resultado con 99,9% de fidelidad. Actualmente utilizan una cadena de 64 iones de bario, produciendo un qubit algorítmico de 36 (AQ). La organización de la 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 está en redes cuánticas, usando interconexiones fotónicas, habilitando clústeres cuánticos y avanzando las capacidades del internet cuántico.
Las redes cuánticas deberían facilitar comunicaciones altamente seguras y, en última instancia, permitir la computación cuántica distribuida. Considerando la rapidez con la que avanza el campo, la experiencia y los derechos de propiedad intelectual sobre este tema podrían resultar cruciales para el futuro de IonQ.
IonQ también está desarrollando una asociación con NKT Photonics (NKT.CO) para ayudar a desarrollar futuros computadores cuánticos listos para centros de datos.
También está colaborando con Imec en circuitos fotónicos integrados y tecnología de trampas de iones a escala de chip para escalar el número de qubits y el tamaño del sistema, reduciendo costos.
En lugar de desarrollar su propio SDK (Software Development Kit), la empresa está apoyando a todos los principales a la vez, y se asocia con muchas compañías líderes para desarrollar nuevas aplicaciones de computación cuántica.
Fuente: IonQ
Junto con su competidor Quantinuum, parte de Honeywell (HON ), IonQ está más cerca de desarrollar computadores cuánticos comerciales, con su enfoque en sistemas de iones atrapados de alta fidelidad y menor número de qubits.
IonQ es la acción más cercana a una pureza de computación cuántica para inversores que están menos interesados en las actividades de otros líderes como Google, Intel (INTC ), IBM o Honeywell.
Su éxito temprano le ha ayudado a construir una sólida red de asociaciones con otros innovadores de la computación cuántica para seguir impulsando esta tecnología, con un reciente reenfoque en computadores cuánticos en red.
A medida que la telecomunicación de entrelazamiento cuántico se vuelve cada vez más fiable, la combinación de muchos computadores cuánticos de iones atrapados de alta fiabilidad podría ser una opción sólida para la primera aplicación comercial de esta tecnología.
Noticias de acciones de IonQ y últimos desarrollos
Referencia del estudio:
1. Joshua Akin, Yunlei Zhao, Paul G. Kwiat, Elizabeth A. Goldschmidt, and Kejie Fang.(2025) Faithful Quantum Teleportation via a Nanophotonic Nonlinear Bell State Analyzer. Physical Review Letters134, 160802 https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.160802
