Las redes cuánticas, compuestas por ordenadores cuánticos interconectados, sensores cuánticos y otros dispositivos cuánticos, están en el horizonte de la comunicación moderna, prometiendo una velocidad y seguridad sin precedentes. La creación de estas redes se basa en un fenómeno cuántico conocido como entrelazamiento, que permite que el estado cuántico de una partícula influya en otra, incluso a grandes distancias.
Tradicionalmente, los qubits basados en átomos utilizados para establecer redes cuánticas operan en longitudes de onda visibles o ultravioletas, lo que limita su eficacia para la transmisión de señales a través de fibras ópticas en distancias largas. La conversión de estas señales a longitudes de onda de telecomunicaciones puede reducir la eficiencia de la comunicación y generar ruidos indeseados que interfieren en el enlace entre qubits.
Avances en redes cuánticas utilizando átomos de ytterbio-171
Un equipo de investigación de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, liderado por el profesor Jacob P. Covey, ha logrado un avance significativo en este campo. Su estudio, publicado en Nature Physics, presenta un enfoque prometedor para establecer redes cuánticas en longitudes de onda de telecomunicaciones utilizando un conjunto de átomos de ytterbio-171. Este tipo de átomo, conocido por su estado metastable de larga duración, ha demostrado ser un candidato valioso en la comunidad de la computación cuántica y la metrología.
Según Xiye Hu, coautor del estudio, «las redes de dispositivos cuánticos con entrelazamiento compartido presentan nuevas oportunidades en la ciencia de la información cuántica». Este avance podría facilitar la creación de una red de procesadores cuánticos que soporte la computación distribuida o una red de relojes atómicos para aplicaciones de cronometraje y sensado precisos.
Hu y su equipo aprovecharon las propiedades únicas de los átomos de 171Yb, que resultaron ser prometedores para comunicaciones de largo alcance. Su red representa un paso significativo hacia la creación de un sistema que permita la paralelización de tareas, donde distintos qubits o dispositivos dentro de la red puedan realizar subtareas de manera simultánea.
En sus experimentos, los investigadores lograron una alta fidelidad de entrelazamiento y una crosstalk despreciable entre diferentes puntos de la red. Además, desarrollaron un protocolo de ‘redes intermedias’ que permite preservar la coherencia de los qubits de datos durante los intentos de conexión.
Uno de los aspectos clave del conjunto de átomos de 171Yb es su similitud geométrica con una matriz de fibra, lo que sugiere que su red podría ser útil para abordar tareas de paralelización generalizadas. Los investigadores creen que, con mejoras técnicas, se podría alcanzar una fidelidad del 99% en los enlaces cuánticos.
En el futuro, el equipo del Covey Lab está diseñando un nuevo experimento de segunda generación con ytterbio, con el objetivo de lograr una comunicación de alta tasa y larga distancia dentro de una red cuántica. Este experimento incluirá la colocación de su matriz de átomos dentro de una cavidad confocal macroscópica, optimizada para la transición de 1.389 nm.
Este avance en la comunicación cuántica no solo tiene implicaciones para la tecnología actual, sino que también podría influir en la forma en que se desarrollan las infraestructuras de telecomunicaciones en el futuro, apuntando a un mundo donde la comunicación sea más rápida y segura, un objetivo que, sin duda, se alinea con las aspiraciones de progreso en el ámbito tecnológico y científico.
