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El futuro de la comunicación cuántica: explicación de la teletransportación de un solo fotón
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¿Qué es la teletransportación cuántica y cómo funciona?
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 se unen, independientemente de la distancia entre ellas, intercambian información a grandes distancias, sin transportarla físicamente. En algunos casos, incluso parece que el intercambio de información ocurre 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.
El estado actual de la tecnología de teletransportación cuántica
Avances que permiten la transferencia práctica de datos cuánticos
Recientemente se han logrado avances para aprovechar el entrelazamiento cuántico y la teletransportación como medios prácticos para transferir datos.
Un avance fue El descubrimiento de que una red de fibra óptica común podría utilizarse para la tarea, incluso cuando se mezcla con el tráfico normal de Internet.Esto abre la posibilidad de una telecomunicaciones cuánticas prácticas sin tener que construir una red paralela dedicada a la normal utilizada actualmente.
Otro avance es la posibilidad de conectar en red ordenadores cuánticos. Los investigadores de Oxford utilizaron 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 teletransportación cuántica
La mayoría de los dispositivos de teletransportación cuántica considerados actualmente 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 agrega ruido a la señal, lo que puede hacer que la telecomunicaciones fallen o, al menos, sean menos eficientes.
Otro problema es que la mayoría de las fuentes de fotones no producirán un solo par de fotones, lo que hace que sea complejo determinar el 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 teletransportación cuántica.
Publicaron sus resultados en Physical Review Letters1, bajo el título "Teletransportación cuántica 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 de múltiples fotones, haciendo que la técnica sea más confiable gracias a los principios subyacentes de la óptica no lineal.
Comprensión de la óptica no lineal en la tecnología cuántica
La óptica lineal es la ciencia óptica habitual que se enseña en la escuela, donde 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 ocurre en todas las fuentes de entrelazamiento realistas y es un problema grave 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 hace posible trabajar con fuentes de entrelazamiento imperfecto”.
Los componentes ópticos no lineales provocan 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: EKSPLÁ
Fusión de fotones mediante generación de suma de frecuencias (SFG)
Gracias a la fusión de fotones que ocurre durante SFG, solo se pueden utilizar las frecuencias de estos fotones específicos, lo que reduce en gran medida el ruido de múltiples fotones que se producen si se utiliza óptica lineal.
Fuente: Ciencia diaria
Esta no es una idea nueva, pero el problema hasta ahora era que hacer que la SFG funcionara era tan difícil que nunca había suficientes fotones para que fuera un medio práctico de transferir información.
“Los investigadores saben de esto desde hace mucho tiempo, pero no se ha explorado en profundidad debido a la baja probabilidad de éxito de un SFG.
Anteriormente, lo máximo que se lograba era 1 en 100 millones. Nuestro logro es lograr un aumento de 10,000 veces en la eficiencia de conversión, llegando a 1 en 10,000, con una plataforma nanofotónica.
Colmillo Kejie – Profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática
Nuevos materiales que hacen viable la óptica cuántica no lineal
Este aumento de 10,000x en la eficiencia de repente hace que la óptica no lineal sea una opción viable para producir los fotones que se utilizarán para transferir datos a través de la medición de su entrelazamiento.
Esto se logró gracias a un material de indio-galio-fosforilo desarrollado por los investigadores.
“Nuestro sistema no lineal transmite información cuántica con una fidelidad del 94%, en comparación con el límite teórico del 33% en sistemas que utilizan componentes ópticos lineales”.
Colmillo Kejie – Profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática
¿Qué es lo próximo en materia de teletransportación y redes cuánticas?
Este es por ahora un avance muy teórico, en el sentido de que cambia por completo la forma en que los investigadores tendrán que construir sistemas de telecomunicaciones cuánticas en el futuro, ya que actualmente todos los protocolos de redes cuánticas (incluida la teletransportación cuántica y el intercambio de entrelazamientos) utilizan un diseño óptico lineal.
Combinado con el progreso logrado en la transferencia de fotones entrelazados en redes regulares de fibra óptica, esto podría cambiar radicalmente la confiabilidad y eficiencia de este método de telecomunicaciones, acercando las computadoras cuánticas interconectadas mucho más 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. Comenzó a cotizar en la Bolsa de Nueva York en 2021.
(IONQ )
Las plataformas de computación cuántica IonQ pueden producir un resultado con una fidelidad del 99.9 %. Actualmente, utilizan una cadena de iones de bario de 64, lo que produce un cúbit algorítmico (AQ) de 36. 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, incorporando a sus operaciones el equipo de la compañía y 118 patentes a IonQ. Qubitekk se especializa en redes cuánticas, utilizando interconexiones fotónicas, habilitando clústeres cuánticos y avanzando en las capacidades del internet cuántico.
Las redes cuánticas deberían facilitar comunicaciones de alta seguridad y, en última instancia, permitir la computación cuántica distribuida. Considerando la rápida evolución del campo, la experiencia y las IP en 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 futuras computadoras cuánticas preparadas para los centros de datos.
También colabora con Imec sobre circuitos integrados fotónicos y tecnología de trampa de iones a escala de chip para ampliar el recuento de qubits de la empresa y el tamaño y los costos 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 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 computadoras cuánticas comerciales, con su enfoque en sistemas de iones atrapados de alta fidelidad y menor conteo de qubits.
IonQ es lo más cercano a una acción de computación cuántica pura para los inversores que están menos interesados en las actividades de otros líderes como Google, Intel, IBM o Honeywell.
Su éxito inicial le ha ayudado a construir una sólida red de asociaciones con otros innovadores en computación cuántica para seguir impulsando esta tecnología, con un reciente reenfoque en las computadoras cuánticas en red.
A medida que las telecomunicaciones por entrelazamiento cuántico se vuelven cada vez más confiables, la combinación de muchas computadoras cuánticas de iones atrapados de alta confiabilidad podría ser una opción sólida para la primera aplicación comercial de esta tecnología.
Noticias y últimos desarrollos sobre las acciones de IonQ
Referencia del estudio:
1. Josué Akin, Yunlei Zhao, Paul G. Kwiat, Elizabeth A. Goldschmidt y Kejie Fang.(2025) Teletransportación cuántica fiel a través de un Analizador de estados de campana no lineal nanofotónico. Physical Review Letters134, 160802 https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.160802
