Investigadores logran crear el primer enlace inalámbrico en espacio abierto entre ordenadores cuánticos
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El sistema podría facilitar la conexión entre diferentes procesadores cuánticos y otros nodos de una red cuántica. Las condiciones atmosféricas siguen siendo un desafío importante.
La fibra óptica se ha convertido en una de las tecnologías fundamentales para transportar información a grandes distancias. Su capacidad la ha hecho imprescindible en las comunicaciones y ahora también está adquiriendo un nuevo papel en las redes cuánticas.
Investigadores de Stony Brook University y del Brookhaven National Laboratory (BNL) han conseguido utilizar un enlace óptico de espacio libre para enviar partículas de luz que contienen información cuántica a través de la atmósfera.
El recorrido alcanzó 21 kilómetros y conectó dos instalaciones especialmente construidas para este propósito en Nueva York, por lo que es la primera demostración de este tipo realizada en Estados Unidos.
Es importante mencionar que este experimento demuestra una vez más que una red cuántica no tiene por qué depender exclusivamente de cables.
Los investigadores lograron transmitir primero estados cuánticos de luz durante una prueba diurna y después dieron un paso más durante la noche, cuando consiguieron enviar y detectar fotones entrelazados a través del mismo enlace.
Cabe destacar que la prueba añade así un tramo inalámbrico a una infraestructura cuántica que ya se extiende por unos 161 kilómetros mediante fibra óptica.
Dos edificios separados por 21 kilómetros se convirtieron en un único experimento
En Stony Brook instalaron el Quantum Watchtower, mientras que Brookhaven construyó el Quantum Lighthouse, dos instalaciones situadas en tejados y equipadas con telescopios, espejos, lentes y sistemas de control capaces de mantener el enlace.
Justine Haupt, científica del Laboratorio Nacional de Brookhaven y responsable principal del enlace de espacio libre, explica que el equipo tuvo que adaptar tecnologías utilizadas habitualmente en astronomía.
Los telescopios permiten recoger y controlar la luz con enorme precisión, pero aquí el reto era todavía mayor porque la atmósfera entre ambos edificios introduce turbulencias que pueden deformar el haz y hacer que los fotones pierdan su información cuántica.
Del mismo modo, los investigadores utilizaron óptica adaptativa para compensar esas alteraciones y mantener alineados los dos extremos.
También tuvieron que integrar óptica, sistemas de control, comunicaciones, fuentes cuánticas, así como detectores para que dos instalaciones separadas por 21 kilómetros pudieran funcionar como si fueran partes de un mismo experimento.
Los fotones salen de una fibra y cruzan la atmósfera
Un láser genera estados cuánticos de luz que contienen apenas unos pocos fotones. Estos salen por el núcleo de una fibra óptica de aproximadamente 5 micras de diámetro, menos de una décima parte del grosor de un cabello humano.
Después abandonan la fibra y recorren los 21 kilómetros por el aire hasta llegar al Quantum Lighthouse de Brookhaven. Allí un sistema óptico recoge la señal y la conduce hasta los detectores.
Durante la prueba nocturna, los investigadores utilizaron pares de fotones entrelazados, que mantienen una relación cuántica incluso cuando están separados físicamente.
La elección de la luz también es importante, ya que las comunicaciones inalámbricas tradicionales utilizan radiofrecuencia, pero esas señales generan demasiado ruido para preservar estados cuánticos tan delicados.
El equipo de investigadores recurrió por ello a la luz óptica y está explorando longitudes de onda infrarrojas que resultan más adecuadas para determinados procesadores cuánticos.
El objetivo es construir una red cuántica mucho mayor
El nuevo enlace no pretende sustituir a la fibra, sino que su función es complementarla. La red desarrollada por Stony Brook y Brookhaven ya utiliza fibra para conectar distintos nodos, y el tramo atmosférico permite añadir una conexión allí donde tender cable no resulta la única opción.
Así que el siguiente paso pasa por Yale University, donde se está desarrollando una tercera instalación de características similares. La conexión entre Stony Brook y Yale permitirá cubrir unos 48 kilómetros sobre Long Island Sound y formar parte de SCY-QNet, una red destinada a conectar sistemas cuánticos de Stony Brook, Columbia, Yale y Brookhaven.
El objetivo final no es crear una versión inalámbrica de Internet tal y como la conocemos, sino conseguir que distintos ordenadores, memorias y sensores cuánticos puedan trabajar conectados a grandes distancias.
La prueba demuestra que esa red puede combinar fibra y enlaces ópticos por el aire, aunque todavía quedan obstáculos importantes, especialmente las condiciones atmosféricas y la necesidad de mantener una alineación extremadamente precisa.
Si los investigadores consiguen superar esas dificultades, la fibra óptica dejará de ser la única carretera posible para transportar información cuántica. El aire podría convertirse en otro de los caminos que permitan unir las futuras máquinas cuánticas.