Investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge, en colaboración con la empresa de servicios públicos EPB de Chattanooga y la Universidad de Tennessee en Chattanooga, han logrado la primera transmisión de un señal cuántica entrelazada utilizando múltiples canales de longitud de onda y estabilización automática de polarización, todo ello a través de una red comercial sin interrupciones. Este avance representa un paso significativo hacia la creación de una internet cuántica, que promete ser más eficiente y segura que las redes actuales.
La demostración se llevó a cabo utilizando un método de compensación de polarización automática (APC), que estabiliza la dirección de la oscilación del campo eléctrico en una onda de luz durante la transmisión de la señal a través de la red de fibra óptica de EPB. Este enfoque emplea señales de referencia generadas por láseres para verificar continuamente la polarización transmitida, utilizando un método ultrasensible conocido como detección de heterodino.
Avances en la Comunicación Cuántica
La APC reduce la interferencia de datos provocada por factores externos como el viento y los cambios de temperatura, que pueden afectar los cables de fibra óptica utilizados para transmitir señales cuánticas. Joseph Chapman, científico de investigación cuántica en el ORNL y líder del estudio, destacó que «uno de nuestros objetivos ha sido desarrollar sistemas de comunicación cuántica que funcionen sin problemas para los usuarios». Esta es la primera demostración de un método que permite una estabilización relativamente rápida mientras se preservan las señales cuánticas, logrando un tiempo de actividad del 100% durante la transmisión.
La prueba mantuvo la transmisión continua de señales sin interrupciones durante más de 30 horas entre el nodo de la Universidad de Tennessee en Chattanooga y otros dos nodos de la red cuántica de EPB, ubicados a aproximadamente medio kilómetro de distancia. En el nodo de UTC se encontraba una fuente de fotones entrelazados desarrollada por Muneer Alshowkan, también investigador cuántico en el ORNL.
La computación cuántica se basa en bits cuánticos, o qubits, que almacenan información. A diferencia de los bits binarios utilizados en la computación clásica, los qubits pueden existir en múltiples estados simultáneamente gracias a la superposición cuántica. Esto permite que combinaciones de valores físicos se codifiquen en un solo objeto. En el estudio del ORNL, se utilizaron partículas de luz, o fotones, como qubits, transmitiendo los qubits entrelazados en pares de fotones a través de la distribución de entrelazamiento cuántico. La naturaleza entrelazada de los qubits permite que la información codificada en ellos se transmita de un lugar a otro mediante teletransportación cuántica, sin necesidad de un viaje físico a través del espacio.
Sin embargo, factores como el viento, la humedad y los cambios de temperatura pueden interrumpir la polarización de los fotones y afectar la señal. Chapman y su equipo del ORNL se propusieron encontrar una manera de estabilizar la polarización y reducir la interferencia mientras mantenían la red operando a máxima capacidad. «La mayoría de las soluciones anteriores no funcionaban necesariamente para todos los tipos de polarizaciones y requerían compromisos, como restablecer periódicamente la red», explicó Chapman. «La gente que utiliza la red necesita que esté activa y funcionando.» Su enfoque controla cualquier tipo de polarización y no requiere que la red se apague periódicamente.
Chapman y Alshowkan probaron el método de compensación generando señales de prueba a partir de fotones entrelazados, utilizando tomografía cuántica de procesos asistida por entrelazamiento para medir cambios en las propiedades del canal cuántico. Las transmisiones se mantuvieron relativamente estables con un ruido mínimo añadido cuando la APC estaba habilitada. Chapman comparó este proceso con un músico experimentado que puede notar la diferencia cuando dos instrumentos están desafinados: «En nuestra APC, estamos utilizando un láser para hacer lo mismo con nuestras señales de referencia».
Chapman ha solicitado una patente para este método y los próximos pasos incluyen ajustar el enfoque para aumentar el ancho de banda y el rango de compensación, permitiendo una operación de alto rendimiento en una variedad más amplia de condiciones. David Wade, CEO de EPB, subrayó la importancia de trabajar con organizaciones como el ORNL, indicando que «desde el lanzamiento de una red cuántica comercialmente viable, hemos comenzado a preparar a nuestra comunidad para beneficiarse de los avances en el futuro cuántico y establecer a Chattanooga como un destino para desarrolladores e inversiones». Por su parte, los funcionarios de la UTC han reiterado su apoyo a esta iniciativa, destacando que esta colaboración avanza la ciencia y tecnología de la información cuántica, enriqueciendo la experiencia educativa de sus estudiantes.
