La teletransportación cuántica podría permitir comunicaciones casi instantáneas a largas distancias. Sin embargo, dentro de los cables de Internet, los fotones necesarios para la teletransportación se pierden entre los millones de partículas de luz necesarias para las comunicaciones clásicas. Un nuevo estudio cuantificó la dispersión de la luz para identificar áreas exactas donde colocar los fotones y protegerlos de otras partículas. Este enfoque funcionó con éxito en experimentos que incluían tráfico regular de Internet.
Ingenieros de la Universidad Northwestern son los primeros en demostrar con éxito la teletransportación cuántica a través de un cable de fibra óptica que ya transportaba tráfico de Internet.
Este descubrimiento abre la posibilidad de combinar la comunicación cuántica con los cables de Internet existentes, lo que simplifica enormemente la infraestructura requerida para aplicaciones de computación o detección cuántica distribuidas.
El estudio fue publicado el viernes 20 de diciembre en la revista Optica.
"Esto es increíblemente emocionante porque nadie pensó que fuera posible", dijo Prem Kumar, líder del estudio en Northwestern. "Nuestro trabajo muestra un camino hacia redes cuánticas y clásicas de próxima generación compartiendo una infraestructura de fibra óptica unificada. Básicamente, abre la puerta para llevar las comunicaciones cuánticas al siguiente nivel".
Experto en comunicación cuántica, Kumar es profesor de ingeniería eléctrica y computacional en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern, donde dirige el Centro de Comunicación y Computación Fotónica.
Teletransportación cuántica: comunicación instantánea
Limitada únicamente por la velocidad de la luz, la teletransportación cuántica podría hacer que las comunicaciones sean casi instantáneas. Este proceso funciona aprovechando el entrelazamiento cuántico, una técnica en la que dos partículas están vinculadas sin importar la distancia que las separe. En lugar de que las partículas viajen físicamente para entregar información, las partículas entrelazadas intercambian información a grandes distancias sin necesidad de transportarla físicamente.
"En las comunicaciones ópticas, todas las señales se convierten en luz", explicó Kumar. "Mientras que las señales convencionales para comunicaciones clásicas suelen estar compuestas por millones de partículas de luz, la información cuántica utiliza fotones individuales".
Superando las limitaciones convencionales
Antes del nuevo estudio de Kumar, la sabiduría convencional sugería que los fotones individuales se perderían en cables llenos de millones de partículas de luz utilizadas para comunicaciones clásicas. Sería como un frágil ciclista tratando de navegar por un túnel lleno de camiones pesados a alta velocidad.
Sin embargo, Kumar y su equipo encontraron una manera de ayudar a los delicados fotones a evitar el tráfico ocupado. Tras realizar estudios profundos sobre cómo se dispersa la luz en los cables de fibra óptica, los investigadores encontraron una longitud de onda menos congestionada para colocar sus fotones. Luego, añadieron filtros especiales para reducir el ruido del tráfico regular de Internet.
"Estudiamos cuidadosamente cómo se dispersa la luz y colocamos nuestros fotones en un punto estratégico donde ese mecanismo de dispersión se minimiza", dijo Kumar. "Descubrimos que podíamos realizar comunicación cuántica sin interferencia de los canales clásicos que están presentes simultáneamente".
Pruebas exitosas
Para probar el nuevo método, Kumar y su equipo configuraron un cable de fibra óptica de 30 kilómetros de longitud con un fotón en cada extremo. Luego, enviaron simultáneamente información cuántica y tráfico regular de Internet a través del cable. Finalmente, midieron la calidad de la información cuántica en el extremo receptor mientras ejecutaban el protocolo de teletransportación mediante mediciones cuánticas en el punto medio. Los investigadores descubrieron que la información cuántica se transmitió con éxito, incluso con el tráfico intenso de Internet pasando cerca.
Próximos pasos
Kumar planea extender los experimentos a distancias más largas. También pretende usar dos pares de fotones entrelazados, en lugar de uno, para demostrar el intercambio de entrelazamiento, otro hito importante hacia las aplicaciones cuánticas distribuidas. Finalmente, su equipo explora la posibilidad de realizar experimentos en cables ópticos subterráneos reales en lugar de carretes en el laboratorio.
A pesar de los retos restantes, Kumar se muestra optimista: "La teletransportación cuántica tiene la capacidad de proporcionar conectividad cuántica segura entre nodos geográficamente distantes. Pero mucha gente ha asumido durante mucho tiempo que nadie construiría infraestructura especializada para enviar partículas de luz. Si elegimos las longitudes de onda adecuadas, no tendremos que construir nueva infraestructura. Las comunicaciones clásicas y cuánticas pueden coexistir".
Fuente y enlace a la investigaciòn:
Jordan M. Thomas, Fei I. Yeh, Jim Hao Chen, Joe J. Mambretti, Scott J. Kohlert, Gregory S. Kanter, Prem Kumar. Quantum teleportation coexisting with classical communications in optical fiber. Optica, 2024; 11 (12): 1700 DOI: 10.1364/OPTICA.540362