Ingenieros de la Universidad Northwestern han logrado un avance significativo al demostrar, por primera vez, la teletransportación cuántica a través de un cable de fibra óptica que ya transporta tráfico de Internet. Este descubrimiento abre la puerta a la posibilidad de combinar la comunicación cuántica con la infraestructura existente de Internet, simplificando notablemente los requerimientos para aplicaciones de sensado cuántico o computación distribuida.
Un avance inesperado en la comunicación cuántica
El estudio, que se publicará el 20 de diciembre en la revista Optica, ha sido liderado por Prem Kumar, un experto en comunicación cuántica y profesor de ingeniería eléctrica y computación en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern. Kumar ha declarado que «esto es increíblemente emocionante porque nadie pensó que era posible». Según él, su investigación muestra el camino hacia redes cuánticas y clásicas de próxima generación que comparten una infraestructura de fibra óptica unificada, lo que podría llevar las comunicaciones cuánticas al siguiente nivel.
La teletransportación cuántica, un fenómeno que solo se ve limitado por la velocidad de la luz, tiene el potencial de hacer que las comunicaciones sean casi instantáneas. Este proceso se basa en el entrelazamiento cuántico, donde dos partículas están vinculadas independientemente de la distancia que las separa. En lugar de que las partículas viajen físicamente para entregar información, son las partículas entrelazadas las que intercambian datos a largas distancias sin necesidad de transportarlas físicamente.
Kumar explicó que «en las comunicaciones ópticas, todas las señales se convierten en luz». Mientras que las señales convencionales para comunicaciones clásicas suelen estar compuestas por millones de partículas de luz, la información cuántica utiliza fotones individuales. Antes del estudio de Kumar, se pensaba que los fotones individuales se perderían en el tráfico de millones de partículas de luz que transportaban las comunicaciones clásicas, como si una bicicleta frágil intentara navegar a través de un túnel lleno de camiones de gran tamaño.
Sin embargo, Kumar y su equipo encontraron una manera de ayudar a estos delicados fotones a evitar el tráfico. Tras realizar estudios detallados sobre cómo se dispersa la luz dentro de los cables de fibra óptica, los investigadores identificaron una longitud de onda menos congestionada para colocar sus fotones. Además, añadieron filtros especiales para reducir el ruido proveniente del tráfico regular de Internet.
«Estudiamos cuidadosamente cómo se dispersa la luz y colocamos nuestros fotones en un punto donde ese mecanismo de dispersión se minimiza», afirmó Kumar. Los resultados mostraron que podían realizar comunicación cuántica sin interferencias de los canales clásicos que estaban presentes simultáneamente.
Para probar el nuevo método, el equipo de Kumar configuró un cable de fibra óptica de 30 kilómetros de longitud, colocando un fotón en cada extremo. En simultáneo, enviaron información cuántica y tráfico de Internet convencional a través del cable, midiendo la calidad de la información cuántica en el extremo receptor mientras ejecutaban el protocolo de teletransportación mediante mediciones cuánticas en el punto medio. Los investigadores encontraron que la información cuántica se transmitió con éxito, incluso con el tráfico de Internet en funcionamiento.
Kumar planea extender los experimentos a distancias mayores y también probar el uso de dos pares de fotones entrelazados en lugar de uno solo, con el fin de demostrar el entrelazamiento de intercambio. Este es otro hito importante que podría llevar a aplicaciones cuánticas distribuidas. Además, su equipo está explorando la posibilidad de realizar experimentos en cables ópticos subterráneos reales, en lugar de en bobinas en el laboratorio. A pesar del trabajo que queda por hacer, Kumar es optimista sobre el futuro.
La teletransportación cuántica tiene la capacidad de proporcionar conectividad cuántica de forma segura entre nodos geográficamente distantes. Kumar señala que «durante mucho tiempo, se ha asumido que nadie construiría infraestructura especializada para enviar partículas de luz. Si elegimos las longitudes de onda adecuadas, no tendremos que construir nueva infraestructura. Las comunicaciones clásicas y cuánticas pueden coexistir».
