Logran teletransportar información a distancia sin conexión directa entre emisor y receptor
Un equipo de investigadores holandeses ha desarrollado el primer sistema en red utilizando mensajes ‘escritos’ en diamantes.
Los investigadores trabajan en el sistema cuántico, donde espejos y filtros guían los rayos láser hacia el chip de diamante / Marieke de Lorijn para QuTech
El futuro online será cuántico: aparte de una mayor velocidad -cuando se disponga de verdaderos ordenadores cuánticos, cuestión que aún queda lejana), la principal ventaja de un Internet cuántico será su seguridad. Porque los bits cuánticos (llamados cúbits), donde se almacenará la información, por ejemplo, de las transacciones bancarias, tienen unas particulares características: se ‘entrelazan’ de tal manera que ‘sienten’ al instante lo que le ocurre al otro; y gracias a ello pueden teletransportar información de uno a otro sin necesitar una conexión directa y además más rápido que la velocidad de la luz; pero, además, la información se destruye si alguien desde fuera intenta ‘mirar’ en los datos, lo que en un mundo en el que la palabra ‘ciberataque’ es una constante, podría ser realmente útil.
Aunque el internet cuántico es un campo en ciernes, investigadores de la Universidad Tecnológica de Delft capitaneados por el físico Ronald Hanson, con la Organización Holandesa para la Investigación Científica Aplicada (TNO) han logrado dar un paso más, teletransportando información cuántica a través de una ‘sencilla’ red en la que no había conexión directa entre emisor y receptor. Los resultados acaban de publicarse en la revista ‘ Nature‘.
‘Acción fantasmagórica a distancia’
El poder de una futura Internet cuántica se basa en la capacidad de enviar información cuántica (cúbits, o el ‘lenguaje’ cuántico, como los bits en la computación clásica) entre los nodos de la red. Los nodos de una red cuántica de este tipo consisten en pequeños procesadores cuánticos, los ‘intérpretes’ de los cúbits. «Se ha demostrado que la forma más eficaz de enviar información entre ellos el teletransporte cuántico», explica Juan José García-Ripoll, físico teórico del Instituto de Física Fundamental (dependiente del CSIC). El protocolo para la teletransportación cuántica debe su nombre a las similitudes con la teletransportación en las películas de ciencia ficción: el cúbit desaparece del lado del emisor y aparece, por lo que Albert Einstein apodó como «acción fantasmagórica a distancia», del lado del receptor. El hecho de que no necesite viajar físicamente a través del espacio intermedio hace que no se pierda la información, y convierte a la teletransportación cuántica en el sistema preferido para sostener las bases de un futuro Internet cuántico.
Para el teletransporte se requieren varios ingredientes: un enlace entrelazado cuántico entre el emisor y el receptor, un método confiable para leer procesadores cuánticos y la capacidad de almacenar temporalmente bits cuánticos. «En este sistema necesita de dos componentes, una memoria cuántica que guarde los estados del cúbit y unos repetidores. Lo especial de este experimento es que incluye ambos en el mismo sistema», señala García-Ripoll.
Los autores no eran nuevos en el campo. Investigaciones anteriores ya demostraron que era posible teletransportar cúbits entre dos nodos adyacentes y conectados directamente y llamados ‘Alice‘ y ‘Bob‘. El reto era ahora introducir un nuevo nodo, ‘Charlie‘, y conectarlo a Alice utilizando a Bob de intermediario.
Un mensaje en un diamante
El protocolo de teletransportación ideado por los investigadores holandeses consta de tres pasos. El primero es preparar el ‘teletransportador’, lo que significa que se debe crear un estado entrelazado entre Alice y Charlie, para que se puedan comunicar. Pero Alice y Charlie no tienen una conexión física directa, sino que ambos están conectados directamente con Bob, que les ayudará a conectarse. Para ello, primero Alice y Bob crean un estado entrelazado entre sus procesadores, y Bob almacena la parte de Alice del estado enredado. A continuación, Bob crea un estado entrelazado con Charlie y realiza la misma operación. Con ambos conectados a Bob, éste realiza una medición especial en su procesador (una especie de ‘juego de manos’) y envía los estados entrelazados, conectando cuánticamente a Alice y Charlie.
Una de las muestras de diamantes. Las estructuras de oro en la superficie del diamante permiten el control del procesador cuántico / Matteo Pompili / QuTech
El siguiente paso fue crear el ‘mensaje’, que se ‘escribió’ (en realidad, se incrusta) dentro en un tipo de impureza del diamante -que es a los ordenadores cuánticos lo que el silicio a los clásicos- que se comporta como un cúbit, y que anteriores experimentos del equipo de Hanson consiguieron mantener hasta 10 segundos. «Una vez ’embebido’ en el diamante, la información pasa a los núcleos y se queda guardado», explica García-Ripoll. Para comprobar que el sistema funcionaba correctamente, el equipo holandés repitió el experimento con diferentes ‘mensajes’.
El tercer y último paso fue la teletransportación real de Charlie a Alice. Para ello, Charlie realiza una medición conjunta con el mensaje en su procesador cuántico y en su mitad del estado enredado (Alice tiene la otra mitad). Y, entonces, justo después la información desaparece del lado de Charlie y aparece inmediatamente del lado de Alice, que recibe el mensaje ‘cifrado’, pero también las claves para descifrarlo. Y ahí tenemos los datos. «Se trata de un experimento muy interesante y disruptivo en el sentido de que no existen muchas pruebas de su clase y mucho menos un sistema incluya la combinación de memoria y repetidor cuántico», afirma García-Ripoll.
El siguiente reto del equipo holandés será invertir los pasos uno y dos del protocolo de teletransportación; es decir, primero crear el cúbit cuántico y luego entrelazar los nodos (a Charlie y a Alice a través de Bob). «Invertir el orden es particularmente desafiante ya que la información cuántica que se va a teletransportar debe almacenarse mientras se crea el entrelazamiento. Sin embargo, tiene una ventaja significativa, ya que la teletransportación se puede realizar completamente ‘a demanda’», explican los autores, quienes afirman que «a la larga, este tipo de teletransportación servirá como columna vertebral del Internet cuántico». «Es complicado porque mantener la información mientras se entrelazan los nodos, que tarda un tiempo o incluso falla y hay que volver a repetir, es todo un reto», señala García-Ripoll. Paso a paso, los cúbits empiezan a circular (incluso a teletransportarse) más allá de la teoría y de la ciencia ficción.
