Investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer (RPI) están abordando uno de los desafíos más complejos en el ámbito de la información cuántica: la creación de redes confiables y escalables que puedan conectar sistemas cuánticos a través de distancias. Este avance ha culminado en dos publicaciones en revistas científicas de renombre, Physical Review Letters y Science Advances, acercándonos a la materialización de sistemas cuánticos interconectados a gran escala, e incluso a la posibilidad de una internet cuántica.
El equipo de investigación, liderado por el profesor asistente Xiangyi Meng, Ph.D., incluye miembros de los departamentos de Física, Física Aplicada y Astronomía, así como de Ciencias de la Computación de RPI. Su labor se centra en el diseño de redes cuánticas que utilizan el entrelazamiento, un fenómeno en el que las partículas cuánticas se correlacionan de manera misteriosa, como la base de la comunicación cuántica. Este entrelazamiento permite la transferencia rápida y segura de datos cuánticos, aunque presenta el inconveniente de que, tras ser utilizados en comunicación, los pares de partículas entrelazadas pierden su estado, dejando la red inoperativa para futuros usos.
Avances en la estabilidad de las redes cuánticas
La innovación del equipo de RPI radica en una nueva estrategia que podría solventar este problema, garantizando que las redes cuánticas mantengan su funcionalidad mediante la reposición continua del entrelazamiento. Utilizando un enfoque ingenioso de «puenteo» que añade redundancia a la red, han demostrado que es posible mantener una comunicación estable sin sobrecargar el sistema.
Un aspecto destacado de su trabajo es la introducción de una estrategia de «multiplexión». En lugar de depender de un único camino entrelazado para transmitir información, se utilizan múltiples rutas simultáneamente. Esta redundancia ayuda a combatir el ruido y las imperfecciones inherentes a la comunicación cuántica, asegurando que el entrelazamiento se pueda establecer de manera fiable, incluso en condiciones no óptimas. Se prevé que esta estrategia pueda resultar incluso más efectiva en redes cuánticas que en sistemas clásicos, ofreciendo así una ventaja significativa para la futura comunicación cuántica.
«Al garantizar que las redes cuánticas puedan funcionar de manera fiable a medida que crecen en complejidad, nuestra investigación abre nuevas posibilidades para el futuro de la información cuántica», afirmó Meng.
Este estudio tiene implicaciones de gran alcance, especialmente en un contexto donde grandes empresas como IBM están impulsando sus esfuerzos en computación cuántica. Con el avance de las tecnologías cuánticas, será esencial contar con una red de chips interconectados que pueda manejar enormes volúmenes de datos cuánticos.
La investigación del RPI está sentando las bases para estos futuros sistemas cuánticos, que podrían conducir a una comunicación más rápida y segura entre unidades de procesamiento cuántico.
Además de su trabajo teórico, Meng está comprometido con la formación de la próxima generación de científicos cuánticos. Es parte de un equipo que ha presentado una propuesta para un Programa de Formación de Investigadores de la Fundación Nacional de Ciencias, cuyo objetivo es educar a los estudiantes en computación cuántica. Asimismo, participa en el Centro de Co-diseño para la Ventaja Cuántica (C2QA), una importante iniciativa del Departamento de Energía centrada en desarrollar las herramientas necesarias para construir sistemas cuánticos tolerantes a fallos.
Como parte de su compromiso con el aprendizaje práctico, lidera un laboratorio de investigación en RPI donde los estudiantes de pregrado tienen la oportunidad de trabajar directamente con computadoras cuánticas, adquiriendo experiencia práctica en el campo. Este nuevo avance representa un paso crucial en el desarrollo de sistemas de comunicación y computación cuántica, un pequeño pero poderoso componente que podría desbloquear el camino hacia arquitecturas cuánticas a gran escala y habilitar la próxima generación de tecnologías cuánticas.
