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FOTÓNICA

El diálogo de un gas y un cristal acerca el internet cuántico

El viaje de un fotón de una nube de átomos a un sólido anticipa un nuevo tipo de red

El sistema permitiría un cifrado ultraseguro y cálculos imposibles con los ordenadores de hoy

Michele Catanzaro

Miembros del equipo del Institut de Ciencies Fotoniques que ha construido una red cuántica híbrida. De izquierda a derecha: Georg Heinze, Pau Farrera y Nicolas Maring.

Miembros del equipo del Institut de Ciencies Fotoniques que ha construido una red cuántica híbrida. De izquierda a derecha: Georg Heinze, Pau Farrera y Nicolas Maring.
El equipo del Institut de Ciencies Fotoniques que ha construido un sistema de red de computacion cuantica.  De izquierda a derecha: Pau Farrera, Kutlu Kutluer (detras), Georg Heinze (delante), Hugues de Riedmatten, Nicolas Maring y Margheria Mazzera.

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La informática revolucionó la sociedad con la invención del ordenador, y volvió a revolucionarla con la invención de internet. Ahora, los científicos vislumbran una nueva revolución informática: la del ordenador cuántico. Esta computadora promete aprovechar el anómalo comportamiento de las partículas microscópicas (los fenómenos cuánticos) para llevar a cabo operaciones imposibles con los ordenadores actuales.

En paralelo, también se está desarrollando el futuro internet cuántico: una red capaz de conectar los ordenadores cuánticos, aumentando exponencialmente su potencia y proporcionando un sistema de comunicación ultraseguro.

Un paso adelante hacia la red cuántica se dio a conocer la semana pasada en la revista Nature. Se trata de un experimento que ha transmitido partículas de luz (fotones) cargadas de información cuántica en una fibra óptica como las del internet actual.

Átomos y cristales

El cable, de una decena de metros, conecta un sistema que genera los fotones (una nube de átomos de rubidio enfriados con láseres) con uno que los almacena (un cristal alterado con iones de praseodimio), emplazados en dos laboratorios del Institut de Ciències Fotòniques (ICFO), en Castelldefels.

Es la primera vez que se lleva a cabo esa transmisión entre dos objetos tan distintos. Esos objetos podrían ser las piezas-base del futuro internet cuántico, junto con otros como conjuntos de iones o diamantes con impurezas. Cada uno de estos sistemas contribuye a su manera a generar, procesar y almacenar la información cuántica.

“Se puede alcanzar la comunicación cuántica a corta distancia, sin embargo, por encima de los 100 o 200 kilómetros los fotones son absorbidos”, explica Hugues de Riedmatten, jefe del grupo que ha llevado a cabo el experimento. El proyecto pretende avanzar hacia un “repetidor cuántico” que permita extender mucho más el alcance de las futuras redes.

“Si se empleara una red de este tipo para conectar ordenadores cuánticos, la potencia computacional del conjunto crecería exponencialmente”, prosigue el investigador. Esta aplicación es muy remota, pero hay una más cercana. “Las redes cuánticas podrían garantizar una comunicación completamente segura, basada no en algoritmos complejos, sino en fenómenos físicos fundamentales”, explica el científico.

“Las redes cuánticas no reemplazaran internet, pero podrían tener aplicaciones importantes para bancos o gobiernos”, explica Margherita Mazzera, coautora del trabajo.

Sistema híbrido

La información cuántica, almacenada en fotones individuales, no se puede tratar con las piezas electrónicas estándar. Se necesitan sistemas como gases de átomos fríos, cristales o diamantes. “Ninguno de estos sistemas lo puede hacer todo: los átomos son buenos para generar y procesar los fotones, mientras los cristales lo son para almacenarlos”, explica Mazzera. De aquí la importancia de crear un sistema híbrido.

“El trabajo ha resuelto el problema de crear una interficie entre ellos”, explica Jordi Mompart, profesor de información cuántica de la Universitat Autònoma de Barcelona, no implicado en el trabajo.

Otro reto es transportar la información en cables normales. “Para esto, hemos tenido que convertir la longitud de onda de los fotones generados a la empleada en una fibra óptica de telecomunicación y luego volver a convertirla para que se pudieran almacenar en el cristal”, explica Nicolas Maring, doctorando que ha trabajado en el experimento.

Ahora, los investigadores pretenden generar entrelazamiento entre las dos extremidades del cable, una condición necesaria para la comunicación ultrasegura. También están trabajando en un experimento para comunicar por vía cuántica el instituto de Castelldefels con algún centro de Barcelona.

¿Qué es el ordenador cuántico?

¿Qué aspecto tiene?

Los chips cuánticos son pequeños, pero necesitan a su alrededor una habitación con grandes cámaras de vacío y refrigeradores.

¿Qué es un bit cuántico?

Los bits normales tienen dos valores: 0 y 1. Un bit cuántico puede tener muchísimas combinaciones de estos valores, un reflejo de las propiedades de las partículas microscópicas, que pueden estar en dos sitios distintos a la vez. Un conjunto de bits cuánticos codifica mucha más información que un conjunto de bits clásicos.

¿Qué ventajas tiene?

Las propiedades cuánticas permiten ejecutar rápidamente programas que tardarían muchísimo en ordenadores normales. Por ejemplo, factorizar números grandes o buscar en un listado telefónico a qué nombre corresponde un número dado.

¿Ya funciona?

Hay prototipos, pero aún no han demostrado la “supremacía cuántica”, es decir, la capacidad de ser mejores de los ordenadores clásicos.

Temas: Física