Entrelazamiento cuántico a través de fibra óptica

La informática cuántica, aún en pañales, está siendo desarrollada en varios laboratorios de diferentes países y aunque lentos, los avances se van produciendo periódicamente. Pero la construcción de ordenadores no es la única utilidad que tiene la física cuántica, y en el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica, de Alemania, han desarrollado una técnica para establecer un vínculo basado en el entrelazamiento cuántico que puede vincular átomos ubicados en diferentes lugares, utilizando para ello fotones y un enlace de fibra óptica. El equipo de trabajo ha sido dirigido por Stephan Ritter, y puede sentar las bases para el desarrollo de una red de uso general, más o menos como la internet actual, pero basada en las particularidades de la física cuántica. El mismo Ritter se ha referido a esta posibilidad, diciendo que “algún día este trabajo no sólo hará posible la comunicación de información cuántica a través de distancias muy grandes, sino que permitirá crear toda una Internet Cuántica“. Experimentos anteriores han demostrado que los efectos cuánticos son útiles para mejorar la criptografía, utilizando pares de fotones entrelazados en el proceso de intercambio de claves.

Los nodos de la red se conectan entre sí a través de enlaces de fibra óptica.

En este experimento, los investigadores han combinado dos sistemas cuánticos diferentes para crear una “red” de uso general. Para ello, un átomo de rubidio atrapado en una cavidad óptica de reflexión se coloca en cada nodo de la red, y se conectan los nodos entre sí a través de enlaces de fibra óptica. Cada uno de estos átomos funciona como un qubit, almacenando un estado cuántico. Cuando uno de ellos emite un fotón, el estado del átomo es codificado en la polarización de esta partícula, que al alcanzar el nodo de destino transfiere ese qubit al átomo de rubidio que se encuentra en ese sitio. En otras palabras, los átomos de rubidio almacenan qubits, y los fotones se encargan de  transmitir su estado. El sistema, aunque básico, permite resolver un problema de las comunicaciones cuánticas, ya que si bien se habían utilizado fotones para transmitir estados cuánticos siempre había resultado muy difícil almacenar su estado. Los resultados de este trabajo han sido publicados en la revista Scientific American, donde Ritter explica que este sistema había sido propuesto hace unos 15 años, pero había sido imposible de llevar a la práctica hasta ahora.

El trabajo podría conducir a una Internet cuántica.

“Cuando intentamos utilizar átomos y fotones individuales, como lo hacemos actualmente, estos apenas interactúan“, dice Ritter. Pero al emplear una cavidad de reflexión el fotón que llega a destino se refleja miles de veces, mejorando la posibilidad de que la interacción deseada tenga lugar. “La cavidad de reflexión aumenta el acoplamiento entre el campo de luz y el átomo”, agrega Ritter. En el experimento se enlazaron dos laboratorios mediante un tramo de fibra óptica de unos 60 metros de largo, estableciendo una conexión entre dos átomos de rubidio aun cuando no existe una interacción directa entre ellos. Ritter dice que sólo se necesita un microsegundo para lograr el entrelazado, pero el estado se mantiene durante unos 100 microsegundos. Esto implica la posibilidad de construir una red de repetidores cuánticos “que gracias al teletransporte cuántico podrían transmitir información entre diferentes sitios, que también podría servir como un recurso para la teletransportación de información cuántica. Un día, esto no sólo podría hacer posible la comunicación de la información cuántica a través de distancias muy grandes, algo así como una Internet cuántica.“