Consiguen entrelazar «memorias cuánticas» a 50 kilómetros de distancia

El impresionante logro abre el camino hacia un «Internet cuántico» con capacidades millones de veces superiores a las actuales

Un equipo de investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China en Heifei dio ayer un importante paso hacia lo que los especialistas han denomindo «internet cuántico». Sus avances acaban de presentarse en la revista Nature.

Bajo la dirección de Jian-Wei Pan y Xiao-Hui Bao, los investigadores explican en su artículo cómo han conseguido entrelazar dos memorias cuánticas situadas a 50 kilómetros de distancia la una de la otra, una distancia mucho mayor que cualquiera de las conseguidas anteriormente.

«Un Internet cuántico que conecte procesadores cuánticos remotos -reza el artículo- debería permitir una serie de aplicaciones revolucionarias, como la computación cuántica distribuida. Pero su realización dependerá del entrelazamiento de memorias cuánticas remotas durante mucho tiempo y a largas distancias». Algo que no se había conseguido hasta ahora.

De hecho, y a pesar de los grandes progresos de los últimos años, la máxima separación física conseguida entre dos nodos ha sido de apenas 1,3 km. Wei Pan y Hui Bao han conseguido extender esta distancia a 50 km. «Aquí -escriben los científicos en su artículo- hemos demostrado el entrelazamiento de dos conjuntos atómicos en un laboratorio mediante transmisión de fotones a través de fibras ópticas en una escala de ciudad. Los conjuntos de átomos funcionan, en la práctica, como memorias cuánticas que almacenan estados cuánticos».

Para que la comunicación cuántica sea efectiva, se necesitan partículas entrelazadas. El entrelazamiento cuántico es una extraña pero tremendamente útil propiedad de la materia a escala subatómica, de forma que cuando dos partículas están entrelazadas, el estado cuántico de cualquiera de ellas es inmediatamente conocido por la otra, independientemente de la distnacia que las separe. Practicamente desde que se conoce esta propiedad, los científicos han estado intentando aplicarla al terreno de las telecomunicaciones.

El problema es que mantener el entrelazamiento a largas distancias y dentro, por ejemplo, de un cable de fibra óptica, constituye un tremendo desafío. Los científicos han recurrido a todo tipo de estratagemas (como repetidores cuánticos) para conseguir que el entrelazamiento no se rompa y resulte útil para sectores como la informática (ordenadores cuánticos) o las telecomunicaciones.

Durante las últimas dos décadas se han producido grandes avances en este sentido, consiguiendo entrelazamientos cada vez más distantes en los que los fotones se transmiten con éxito entre los varios nodos a lo largo de cables de fibra óptica o por satélite. Sin embargo, estos avances no habían conseguido terminar con el grave problema de la pérdida de transmisión. Debido a estas limitaciones, como se ha dicho, el entrelazamiento de dos memorias cuánticas (que es el equivalente cuántico de la memoria ordinaria de un ordenador) no ha podido mantenerse más allá de los 1,3 km.

Ahora, Jian-Wei Pan, Xiao-Hui Bao y sus colegas han conseguido multiplicar casi por cincuenta esa distancia. Y lo han hecho explotando un efecto cuántico denominado «mejora de la cavidad», que reduce sensiblemente la pérdida de acoplamiento de fotones durante la transmisión. De este modo, los investigadores lograron crear átomos y fotones entrelazados, para convertirlos luego a una frecuencia adecuada para las telecomunicaciones.

El éxito es indudable, ya que gracias a este sistema los científicos consiguieron entrelazar de forma estable nodos conectados por hasta 50 km de cables ópticos. Los resultados demuestran que, en comparación con el entrelazamiento de fotones, entrelazar átomos enteros con fotones da muchos mejores resultados en la transmisión.

En palabras de los propios investigadores, «utilizamos la mejora de la cavidad para crear de forma eficiente el entrelazamiento átomo-fotón, y usamos la conversión de frecuencia cuántica para cambiar la longitud de onda atómica a las longitudes de onda de las telecomunicaciones. Observamos entrelazamientos en más de 22 kilómetros de fibras desplegadas en un campo a través de interferencia de dos fotones, y enredos en más de 50 kilómetros de fibras enrolladas por interferencia de un solo fotón».

«Nuestro experimento -concluyen los científicos- podría extenderse a nodos separados físicamente por distancias similares, lo que formaría un segmento funcional de una red cuántica atómica, allanando el camino hacia el entrelazamiento atómico en múltiples nodos y en distancias mucho más largas». O lo que es lo mismo, hacia un Internet cuántico.

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