El nuevo hito hacia el Internet cuántico: conectan dos nodos con partículas de luz usando la fibra óptica de Boston

Tras la irrupción de la inteligencia artificial, la computación cuántica es la siguiente gran revolución tecnológica, aunque todavía queda un largo camino por delante para poder utilizar sus aplicaciones prácticas definitivas. Pese a ello, los primeros logros empiezan a acumularse y están preparando el terreno para una transformación total en la manera de procesar, calcular y transferir la información que afectará también a España. Uno de estos avances se ha anunciado hoy mismo: la transmisión de datos sin errores entre dos nodos de memoria cuántica separados por 35 km, batiendo el récord anterior de 22 km.

Esta nueva investigación, a cargo de un equipo de físicos de la Universidad de Harvard (EEUU), ha sido un éxito gracias a la red de fibra óptica ya existente en el área de Boston, lo que abre una nueva vía para conexiones extremadamente seguras con fotones -partículas de luz superpuestas entre distintos estados cuánticos- entre ordenadores sin necesidad de desarrollar una infraestructura específica.

El estudio, publicado en la revista Nature, demuestra según los autores "que los nodos de una red cuántica pueden entrelazarse en el entorno real de una zona urbana muy transitada", lo que consideran "un paso importante hacia la creación de redes prácticas entre ordenadores cuánticos".

Claves de la computación cuántica

Para entender el logro, primero conviene repasar las claves que permiten entender qué es la computación cuántica. A grandes rasgos, implica el uso de la física de partículas subatómicas para realizar sofisticados cálculos matemáticos, radicalmente distintos a los que realizan los ordenadores convencionales, basados en la electrónica. 

"Estamos acostumbrados a que los ordenadores sean cada vez mejores y vayan más rápido, pero eso tiene un límite", explicó en su día a EL ESPAÑOL-Omicrono Juan Ignacio Cirac, uno de los más prestigiosos investigadores en este ámbito a nivel mundial, director de la División de Teoría del Instituto Max-Planck de Múnich y Premio Princesa de Asturias de Investigación Científica y Técnica en 2006. 

Detalle del ordenador cuántico de Microsoft Microsoft Microsoft

"Para hacerlos más rápidos todavía tenemos que hacer procesadores más y más pequeños, para que los electrones, que son los que mueven la información, tengan que recorrer una distancia menor".

Para ello son claves la superposición de estados y el entrelazamiento, dos propiedades explicadas por la física cuántica que permitirán a los ordenadores cuánticos solucionar en cuestión de segundos problemas que las máquinas convencionales tardarían cientos de años en resolver.

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Sus principales desafíos son precisamente evitar los errores, dada la inestabilidad de los cúbits (unidad de información de la computación cuántica) y permitir la transmisión de esas cantidades ingentes de información de forma segura entre dos o más nodos.

"Un reto clave en la realización de redes cuánticas prácticas para la comunicación cuántica a larga distancia es el entrelazamiento robusto entre los nodos de memoria cuántica conectados por una infraestructura de fibra óptica", indican los investigadores de Harvard en la introducción de su estudio. Su investigación ha servido para demostrar "una red cuántica de dos nodos compuesta por registros multi-cúbit basados en cavidades nanofotónicas de diamante (SiV) integradas en una red de fibra óptica de telecomunicaciones".

Dos experimentos

En el artículo firmado por C. M. Knaut y otros 16 científicos se detalla la realización de dos experimentos distintos, según explica en declaraciones para SMC España Carlos Sabín, investigador Ramón y Cajal en el departamento de Física Teórica de Universidad Autónoma de Madrid (UAM). "En el primero es un cable de 40 kilómetros enrollado en un carrete, mientras que en el segundo es un cable de 35 km que se extiende por varias localidades de Boston, formando un lazo entre dos pisos distintos de un edificio de Harvard".

El texto describe un entrelazamiento máximo entre los dos pequeños ordenadores cuánticos, un logro importante ya que los estados cuánticos son muy frágiles, requieren de una temperatura estable de -273 ºC, y su viaje a través de la fibra no es sencillo. "El resultado es que los estados finales solo se parecen en un 70 % al estado con entrelazamiento máximo predicho por la teoría", aclara Sabín.

Diagrama de los experimentos con la internet cuántica publicado por Nature Nature Omicrono

El investigador español lo describe como "un pequeño paso muy preliminar hacia la posibilidad de una red cuántica de comunicaciones" que, eso sí, implica un establecer un nuevo récord de transmisión de cable no enrollado en un entorno urbano. 

En última instancia y en un futuro todavía lejano, estas conexiones facilitarían el intercambio seguro de enormes cantidades datos entre máquinas de las que todavía no existe un prototipo funcional y sin errores. Una carrera en la que participan gigantes tecnológicos como Google, Microsoft o Alibaba, pero que se puede entender también como una lucha sin cuartel entre las dos grandes potencias, EEUU y China.