Quantum Internet está unos centímetros más cerca del avance de la transmisión de datos

Desde Santa Bárbara, California, hasta Hefei, China, los científicos están desarrollando un nuevo tipo de computadora que hará que los autos de hoy parezcan juguetes.

Usando los misteriosos poderes de la mecánica cuántica, la tecnología realizará tareas en minutos que incluso las supercomputadoras no pudieron hacer durante miles de años. En el otoño de 2019, Google lo presentó computadora cuántica experimental demostrando que es posible. Dos años después un laboratorio en China hizo casi lo mismo.

Pero la computación cuántica no sería posible sin la ayuda de otros avances tecnológicos. Llámelo «Internet cuántica»: una red informática que puede enviar información cuántica a través de máquinas distantes».

En la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos, un equipo de físicos ha dado un paso significativo hacia una futura red informática utilizando una técnica llamada teletransportación cuántica para enviar datos a tres ubicaciones físicas. Solía ​​ser posible con solo dos.

La nueva experiencia muestra que los científicos pueden expandir su red cuántica a más y más sitios. «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 estudio, publicado 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 «terrible acción a distancia– puede transferir información entre sitios sin mover realmente el material físico que la contiene.

Esta tecnología puede cambiar profundamente la forma en que se transmiten los datos de un lugar a otro. Se basa en más de un siglo de investigación sobre mecánica cuántica, un campo de la física que gobierna el dominio subatómico y se comporta en contraste con lo que experimentamos en nuestra vida diaria. La teletransportación cuántica no solo transmite datos entre computadoras cuánticas, sino que también lo hace para que nadie pueda espiarlos.

«No solo significa que la computadora cuántica puede resolver su problema, también significa que no sabe cuál es el problema», dijo Tracey Eleanor Northup, investigadora del Instituto de Física Experimental de la Universidad de Innsbruck que estudia cuántica. teletransportación «Hoy no funciona así. «Google sabe en lo que estás trabajando en sus servidores».

La computación cuántica utiliza objetos extraños para que se comporten de manera extraña si son demasiado pequeños (como un electrón o una partícula de luz) o demasiado fríos (como un metal exótico que se congela 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 procesando «bits» de información, cada uno de los cuales contiene 1 o 0. Usando el extraño comportamiento de la mecánica cuántica, el bit cuántico o qubit puede contener ligeramente la combinación 1 և 0. ya que la moneda que gira tiene una atractiva probabilidad de que salga cara o cruz cuando finalmente se aplana sobre la mesa.

Esto significa que dos qubits pueden contener cuatro valores a la vez, tres qubits – ocho, cuatro – 16 և y así sucesivamente. A medida que aumenta la cantidad de qubits, la computadora cuántica se vuelve exponencialmente más poderosa.

Los investigadores creen que estos dispositivos algún día podrían acelerar el desarrollo de nuevos medicamentos, el avance de la inteligencia artificial և descifrar brevemente el cifrado que protege las computadoras vitales para la seguridad nacional. Los gobiernos, los laboratorios académicos, las empresas emergentes y los gigantes tecnológicos de todo el mundo gastan miles de millones de dólares en investigación tecnológica.

Google en 2019 Anunciado que su máquina había logrado lo que los científicos llamaron «dominio cuántico», lo que significaba que podía realizar una tarea piloto que era imposible con las computadoras tradicionales. Pero la mayoría de los expertos cree que pasarán varios años, al menos, antes de que una computadora cuántica pueda hacer algo útil que no podría hacer con otra máquina.

Parte del desafío es que el qubit está roto o «cortado», si lees información de él, se convierte en un bit normal que puede contener solo 0 o 1, pero no ambos. Sin embargo, al forzar muchos qubits y desarrollar formas de protegerse del decoro, los científicos esperan construir máquinas poderosas y prácticas.

Con el tiempo, se conectarán a redes que pueden enviar información a través de nodos, lo que les permitirá utilizarlos desde cualquier lugar, ya que los servicios de computación en la nube como Google y Amazon hacen que la potencia de procesamiento esté ampliamente disponible en la actualidad.

Pero esto viene con sus problemas. En parte debido al desacoplamiento, la información cuántica no puede simplemente copiarse, enviarse a través de una red tradicional. La teletransportación cuántica ofrece una alternativa.

O no puede mover objetos de un lugar a otro, puede mover información usando una propiedad cuántica llamada «entrelazamiento». Un cambio en el estado de un sistema cuántico afecta instantáneamente el estado de otro sistema distante.

«Una vez entrelazados, ya no se pueden describir estos estados de forma aislada», dijo el Dr. Northup. «En principio, ahora es un solo sistema».

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

El equipo construyó tres de estos sistemas cuánticos, llamados Alice, Bob և Charlie, y los conectó con circuitos de fibra óptica. Luego, los científicos podrían entrelazar estos sistemas enviando fotones separados, o partículas de luz, a través de ellos.

Primero, los investigadores empalmaron dos electrones, uno perteneciente a Alice y el otro a Bob. De hecho, a los electrones se les dio el mismo espín, por lo que se unieron o enredaron en un estado cuántico común, cada uno conservando la misma información. Cierta combinación de 1 և 0.

Luego, los investigadores podrían transferir este estado cuántico a otro qubit, un núcleo de carbono dentro de un diamante sintético de Bob. Con eso, el electrón de Bobby fue liberado, los investigadores podrían confundirlo con otro electrón perteneciente a Charlie.

Al realizar una operación cuántica específica en los dos qubits de Bob, el núcleo de carbono del electrón, los investigadores pudieron unir los dos enredos: Alice más Bob y Bobby más Charlie.

El resultado. Alice se enredó con Charlie, lo que permitió que los datos se transmitieran a través de los tres nodos.

Cuando los datos van de esta manera, no se pueden perder sin cruzar los nodos. «La información se puede transmitir de un lado de la comunicación al otro», dijo el Dr. Hanson.

La información tampoco puede ser interceptada. El futuro de Internet cuántico impulsado por la teletransportación cuántica podría proporcionar un nuevo tipo de cifrado que, en teoría, es indescifrable.

Durante el nuevo experimento, los nodos de la red no estaban demasiado separados, solo unos 60 pies. Sin embargo, experimentos anteriores han demostrado que los sistemas cuánticos se pueden entrelazar en distancias más largas.

Se espera que después de algunos años de investigación, la transmisión cuántica sea viable por muchas millas. «Ahora estamos tratando de hacerlo fuera del laboratorio», dijo el Dr. Hanson.