Tecnología

«Internet cuántica» pulgadas más cerca de la transmisión de datos

Desde Santa Bárbara, California hasta Hefei, China, los investigadores están desarrollando un nuevo tipo de computadora que hace que las máquinas actuales parezcan juguetes.

Utilizando las misteriosas fuerzas de la mecánica cuántica, la tecnología realiza tareas en minutos que incluso las supercomputadoras no podrían realizar durante miles de años. En el otoño de 2019, Google anunció computadora cuántica experimental muestra que esto era posible. Dos años después un laboratorio en China hizo lo mismo.

Pero la computación cuántica no alcanzará su potencial sin la ayuda de otro avance tecnológico. Llámelo «Internet cuántica», una red informática que puede enviar datos cuánticos entre máquinas remotas.

En la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos, un equipo de físicos ha dado un paso significativo hacia esta futura red informática mediante el uso de una tecnología llamada teletransportación cuántica para enviar datos a tres ubicaciones físicas. En el pasado, esto era posible con solo dos.

Un nuevo experimento muestra que los investigadores pueden extender la red cuántica a más y más objetos. “Ahora estamos construyendo pequeñas redes cuánticas en el laboratorio”, dijo Ronald Hanson, físico de Delft que supervisa el equipo. «Pero la idea es eventualmente construir una Internet cuántica».

Su investigación fue revelada esta semana. Un artículo publicado en la revista Nature, muestra el poder de un fenómeno que Albert Einstein alguna vez consideró imposible. Teletransportación cuántica: lo que él llamó «acción aterradora desde la distancia“- puede transferir información entre lugares sin mover la sustancia física que la contiene.

Esta técnica puede cambiar fundamentalmente la forma en que los datos viajan de un lugar a otro. Se basa en más de un siglo de investigación en mecánica cuántica, un campo de la física que domina la subatomía y se comporta de forma diferente a todo lo que experimentamos en nuestra vida diaria. La teletransportación cuántica no solo transfiere datos entre computadoras cuánticas, sino que también lo hace de una manera que nadie puede interceptar.

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“Esto significa que no solo una computadora cuántica puede resolver su problema, sino también que no sabe cuál es el problema”, dijo Tracy Eleanor Northup, investigadora del Instituto de Física Experimental de la Universidad de Innsbruck, quien también estudia cuántica. teletransportación «Hoy no funciona así. Google sabe lo que estás usando en sus servidores».

Una computadora cuántica aprovecha las formas extrañas 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 que se ha enfriado hasta cerca del cero absoluto o menos 460 grados). Fahrenheit). En estas situaciones, un objeto puede comportarse como dos objetos separados al mismo tiempo.

Las computadoras tradicionales realizan cálculos mediante el procesamiento de «bits» de información, y cada bit tiene un 1 o un 0. Utilizando el extraño comportamiento de la mecánica cuántica, un bit o codo cuántico puede almacenar una combinación de 1 y 0, muy parecido a como se sostiene una moneda giratoria. una oportunidad atractiva para levantar la cabeza o la cola cayendo sobre la mesa.

Esto significa que dos codos pueden tener cuatro valores a la vez, tres codos pueden tener ocho, cuatro 16 y así sucesivamente. A medida que aumenta el número de codos, la computadora cuántica se vuelve exponencialmente más poderosa.

Los investigadores creen que algún día estos dispositivos podrían acelerar la creación, la eficacia y el uso de nuevos medicamentos en inteligencia artificial. romper el cifrado que protege las computadoras importantes para la seguridad nacional. En todo el mundo, los gobiernos, los laboratorios académicos, las empresas emergentes y los gigantes tecnológicos están gastando miles de millones de dólares en investigación tecnológica.

En 2019, Google Anunciado que su máquina había logrado lo que los científicos llaman «supremacía cuántica», lo que significaba que podía realizar una tarea experimental que era imposible con las computadoras tradicionales. Pero la mayoría de los expertos creen que pasarán varios años más, al menos, antes de que una computadora cuántica pueda hacer algo útil que no pueda hacer en otra máquina.

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Parte del desafío es que el codo se rompe o se «descoherencia» si lee sobre esto: se convierte en un bit común que solo puede contener 0 o 1, pero no ambos. Pero al combinar muchos qubits y desarrollar formas de protección contra la incoherencia, los científicos esperan construir máquinas que sean tanto eficientes como prácticas.

Idealmente, en última instancia, se conectarían a redes que puedan enviar datos entre nodos, lo que permitiría acceder a ellos desde cualquier lugar, al igual que con los servicios en la nube como Google y Amazon, el poder de procesamiento ahora está ampliamente disponible.

Pero esto tiene sus propios problemas. En parte debido a la decoherencia, los datos cuánticos no pueden simplemente copiarse y transmitirse a través de una red tradicional. La teletransportación cuántica ofrece una alternativa.

Si bien no puede mover objetos de un lugar a otro, puede mover información utilizando una propiedad cuántica llamada «entrelazamiento»: un cambio en el estado de un sistema cuántico tiene un efecto inmediato en el estado de otro sistema cuántico distante.

“Una vez llamadas, estas condiciones ya no se pueden describir por separado”, dijo el Dr. Northup. «Básicamente, ahora es un sistema».

Estos sistemas entrelazados pueden ser electrones, partículas de luz u otros objetos. En los Países Bajos, el Dr. Hanson y su equipo utilizaron el llamado centro de vacío de nitrógeno, un pequeño espacio vacío en un diamante sintético donde los electrones pueden quedar atrapados.

El grupo construyó tres de estos sistemas cuánticos, llamados Alice, Bob y Charlie, y los conectó en línea con hilos de fibra óptica. Luego, los científicos podrían estropear estos sistemas enviando fotones individuales (partículas de luz) entre ellos.

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Primero, los científicos envolvieron dos electrones: uno pertenecía a Alice y el otro a Bob. De hecho, a los electrones se les dio el mismo giro y, por lo tanto, se unieron o se entrelazaron en un estado cuántico común, cada uno de los cuales almacenó la misma información: una determinada combinación de 1 y 0.

Luego, los científicos podrían transferir este estado cuántico a otro codo, el núcleo de carbono, dentro del diamante sintético de Bob. Esto liberó el electrón de Bob, y los científicos podrían entonces enredarse en otro electrón perteneciente a Charlie.

Al realizar una cierta operación cuántica en ambos codos de Bob, el electrón y el núcleo de carbono, los investigadores pudieron unir dos enredos: Alice y Bob estaban pegados a Bob y Charlie.

El resultado: Alice se entrelazó con Charlie, lo que permitió que los datos se teletransportaran entre los tres nodos.

Cuando los datos viajan de esta manera sin la distancia entre los nodos, no se pueden perder. “La información se puede ingresar en un lado de la conexión y luego mostrarse en el otro”, dijo el Dr. Hanson.

Los datos tampoco pueden ser interceptados. La Internet cuántica del futuro, que opera con teletransportación cuántica, podría ofrecer un nuevo tipo de encriptación que, en teoría, es irrompible.

En el nuevo experimento, los nodos de la red no estaban tan separados, solo unos 60 pies. Pero experimentos anteriores han demostrado que los sistemas cuánticos pueden entrelazarse a largas distancias.

Se espera que tras varios años de investigación, la teletransportación cuántica sea viable a varios kilómetros de distancia. “Estamos tratando de hacer esto fuera del laboratorio ahora”, dijo el Dr. Hanson.

Patricio Arocha

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