Internet cuántico! Se acerca un avance en la tele transportación de datos - 3 - mayo 26, 2022

Internet cuántico! Se acerca un avance en la tele transportación de datos

Los científicos han mejorado su capacidad para enviar información cuántica a través de ordenadores distantes, y han dado un paso más hacia la red del futuro.

Internet cuántico! Se acerca un avance en la tele transportación de datos - 5 - mayo 26, 2022

Desde Santa Bárbara (California) hasta Hefei (China), los científicos están desarrollando un nuevo tipo de ordenador que hará que las máquinas actuales parezcan juguetes.

Aprovechando los misteriosos poderes de la mecánica cuántica, la tecnología realizará en minutos tareas que incluso los superordenadores no podrían completar en miles de años. En otoño de 2019Google desveló un ordenador cuántico experimental que demostraba que esto era posible. Dos años después, un laboratorio de China hizo prácticamente lo mismo.

Pero la computación cuántica no alcanzará su potencial sin la ayuda de otro avance tecnológico. Se trata de una «Internet cuántica«, una red de ordenadores que puede enviar información cuántica entre máquinas distantes.

En la Universidad Tecnológica de Delft (Países Bajos), un equipo de físicos ha dado un paso importante hacia esta red informática del futuro, utilizando una técnica llamada teletransporte cuántico para enviar datos a través de tres lugares físicos. Anteriormente, esto era posible con sólo dos.

El nuevo experimento indica que los científicos pueden extender una red cuántica a través de un número cada vez mayor de lugares. «Ahora estamos construyendo pequeñas redes cuánticas en el laboratorio«, explica Ronald Hanson, el físico de Delft que supervisa el equipo. «Pero la idea es acabar construyendo una Internet cuántica«.

Artículo publicado en la revista científica Nature

Su investigación, desvelada esta semana con un artículo publicado en la revista científica Nature, demuestra el poder de un fenómeno que Albert Einstein consideró en su día imposible. El teletransporte cuántico -lo que él llamaba «acción espeluznante a distancia«- puede transferir información entre lugares sin mover realmente la materia física que la contiene.

Esta tecnología podría cambiar profundamente la forma en que los datos viajan de un lugar a otro. Se basa en más de un siglo de investigación sobre la mecánica cuántica, un campo de la física que gobierna el reino subatómico y se comporta de forma distinta a todo lo que experimentamos en nuestra vida cotidiana. El teletransporte cuántico no sólo traslada datos entre ordenadores cuánticos, sino que lo hace de tal manera que nadie puede interceptarlos.

«Esto no sólo significa que el ordenador cuántico puede resolver su problema, sino también que no sabe cuál es el problema«, afirma Tracy Eleanor Northup, investigadora del Instituto de Física Experimental de la Universidad de Innsbruck que también está explorando el teletransporte cuántico. «Hoy no funciona así. Google sabe lo que estás ejecutando en sus servidores«.

Un ordenador cuántico aprovecha las extrañas formas en que se comportan algunos objetos si son muy pequeños (como un electrón o una partícula de luz) o muy fríos (como un metal exótico enfriado hasta casi el cero absoluto, o menos 460 grados Fahrenheit). En estas situaciones, un mismo objeto puede comportarse como dos objetos distintos al mismo tiempo.

Los ordenadores tradicionales realizan cálculos procesando «bits» de información, y cada bit contiene un 1 o un 0. Aprovechando el extraño comportamiento de la mecánica cuántica, un bit cuántico, o qubit, puede almacenar una combinación de 1 y 0, de forma parecida a como una moneda que gira mantiene la tentadora posibilidad de que salga cara o cruz cuando finalmente cae sobre la mesa.

Esto significa que dos qubits pueden contener cuatro valores a la vez, tres qubits pueden contener ocho, cuatro pueden contener 16 y así sucesivamente. A medida que aumenta el número de qubits, un ordenador cuántico se vuelve exponencialmente más potente.

Los investigadores creen que estos dispositivos podrían acelerar algún día la creación de nuevas medicinas, potenciar los avances en inteligencia artificial y descifrar sumariamente la encriptación que protege a los ordenadores vitales para la seguridad nacional. En todo el mundo, los gobiernos, los laboratorios académicos, las start-ups y los gigantes tecnológicos están gastando miles de millones de dólares en la exploración de esta tecnología.

2019, Google anuncia

En 2019Google anunció que su máquina había alcanzado lo que los científicos llaman «supremacía cuántica«, lo que significa que podía realizar una tarea experimental que era imposible con los ordenadores tradicionales. Pero la mayoría de los expertos creen que pasarán varios años más -como mínimo- antes de que un ordenador cuántico pueda realmente hacer algo útil que no se pueda hacer con otra máquina.

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Parte del reto consiste en que un qubit se rompe, o se «descohesiona«, si se lee información de él: se convierte en un bit ordinario capaz de contener sólo un 0 o un 1, pero no ambos. Pero al encadenar muchos qubits y desarrollar formas de protección contra la decoherencia, los científicos esperan construir máquinas que sean potentes y prácticas.

En última instancia, lo ideal sería que se unieran en redes que pudieran enviar información entre nodos, lo que permitiría utilizarlas desde cualquier lugar, de forma similar a como los servicios de computación en la nube de empresas como Google y Amazon hacen que la potencia de procesamiento sea ampliamente accesible hoy en día.

«Después del entrelazamiento, ya no se pueden describir estos estados individualmente«, dijo el Dr. Northup. «Fundamentalmente, ahora es un solo sistema«.

Estos sistemas entrelazados pueden ser electrones, partículas de luz u otros objetos. En los Países Bajos, el Dr. Hanson y su equipo utilizaron lo que se denomina un centro de vacantes de nitrógeno, un diminuto espacio vacío en un diamante sintético en el que pueden quedar atrapados los electrones.

El equipo construyó tres de estos sistemas cuánticos, llamados Alice, Bob y Charlie, y los conectó en una línea con hilos de fibra óptica. Los científicos pudieron entonces entrelazar estos sistemas enviando fotones individuales -partículas de luz- entre ellos.

En primer lugar, los investigadores entrelazaron dos electrones, uno perteneciente a Alice y otro a Bob. En efecto, los electrones recibieron el mismo espín y se unieron, o enredaron, en un estado cuántico común, almacenando cada uno la misma información: una combinación particular de 1 y 0.

Los investigadores pudieron entonces transferir este estado cuántico a otro qubit, un núcleo de carbono, dentro del diamante sintético de Bob. Al hacerlo, se liberó el electrón de Bob y los investigadores pudieron entrelazarlo con otro electrón perteneciente a Charlie.

Al realizar una operación cuántica específica en ambos qubits de Bob -el electrón y el núcleo de carbono- los investigadores pudieron entonces pegar los dos entrelazamientos: Alice más Bob pegados a Bob más Charlie.

El resultado: Alice estaba enredada con Charlie, lo que permitía que los datos se teletransportaran a través de los tres nodos.

Cuando los datos viajan de esta manera, sin recorrer realmente la distancia entre los nodos, no pueden perderse. «La información puede introducirse en un lado de la conexión y aparecer en el otro«, explica el Dr. Hanson.

La información tampoco puede ser interceptada. Una futura Internet cuántica, impulsada por el teletransporte cuántico, podría proporcionar un nuevo tipo de cifrado teóricamente irrompible.

En el nuevo experimento, los nodos de la red no estaban tan alejados entre sí, sólo unos 15 metros. Pero experimentos anteriores han demostrado que los sistemas cuánticos pueden entrelazarse a distancias mayores.

La esperanza es que, tras varios años más de investigación, el teletransporte cuántico sea viable a través de muchos kilómetros. «Ahora estamos intentando hacerlo fuera del laboratorio«, dijo el Dr. Hanson.