Nuestros sistemas de telecomunicaciones requieren el uso de repetidores, tanto en tierra De exactamente la misma manera que A través de satélites, a fin de que las señales se mantengan y puedan viajar a largas distancias. En los desarrollos hacia el futuro internet cuántico, las memorias cuánticas desempeñan ese mismo papel. Junto con las fuentes generadoras de los cúbits o bien bits cuánticos, serán el otro componente básico del sistema. Estas nuevas memorias actúan Al igual que repetidores de operaciones de datos utilizando dos peculiaridades del mundo cuántico: la superposición (la posibilidad de que una partícula esté en Múltiples estados simultáneos, Del mismo modo que el gato vivo y muerto de Schrödinger) y el entrelazamiento (correlación que se establece entre dos partículas alejadas, de tal manera que la interacción con una afecta a la otra). No obstante para llegar hasta el internet cuántico, primero es necesario entrelazar las memorias cuánticas a larga distancia y preservar el entrelazamiento de la manera más eficiente posible. En este contexto, estudiosos del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) en Castelldefels (Barcelona) han dado un gran paso, Según el estudio que recoge en portada la gaceta ‘Nature’. Los autores han logrado almacenar, A lo largo de un máximo de 25 microsegundos, un único fotón entre dos memorias cuánticas separadas entre sí por 10 m de distancia. Sabían que esta partícula estaba en una de las dos memorias, Sin embargo no en cuál, una situación habitual en el antintuitivo planeta cuántico. El fotón estaría en un Solo estado de superposición cuántico en las dos memorias simultáneos, que, sorprendentemente, se encontraban separadas a Múltiples metros. El Plantel supo que se había creado entrelazamiento al detectar un fotón en la longitud de onda de las telecomunicaciones, que a su vez se almacenó en las memorias cuánticas de forma múltiplex, una técnica que deja mandar Varios mensajes simultáneamente por un Sólo canal de comunicación. Estas dos peculiaridades son clave para poder escalar o extender el sistema a grandes distancias y, Por vez primera, se consiguieron juntas. «Hasta ahora, otros Grupos ya habían conseguido Múltiples de los hitos conseguidos en este experimento, Al igual que entrelazar memorias cuánticas o almacenar fotones en memorias cuánticas con una eficiencia y tasa elevadas, Sin embargo la singularidad de este experimento es que nuestras técnicas lo consiguieron de forma conjunta y eficiente, y que el sistema puede llegar a extenderse a grandes distancias», Subraya Darío Lago, uno de los creadores del estudio. Técnicamente, los investigadores han sido los primeros en obtener un entrelazamiento entre dos memorias cuánticas de estado sólido (materia-materia), con propiedades multimodo (con distintos modos de propagación), remotas (colocadas a cierta distancia) y operando en la longitud de onda de las telecomunicaciones actuales. Por consiguiente, es una tecnología potencialmente escalable que se podría integrar a la red de comunicación tradicional de fibra óptica, allanando el sendero para operar a largas distancias en el futuro internet cuántico. Configuración del experimento Para ejecutar el experimento, el elenco usó Al igual que memorias cuánticas unos cristales dopados con praseodimio, un elemento químico del grupo de las llamadas tierras extrañas. También se utilizaron dos fuentes generadoras de pares de fotones, correlacionados y Asimismo individuales. En cada par de fotones, había uno llamado ‘mensajero’, con una longitud dentro del rango de las telecomunicaciones de 1436 nm; y otro llamado ‘señal’, con una longitud de onda de 606 nm. Los fotones señal se enviaron a una memoria cuántica, formada por millones de átomos colocados aleatoriamente dentro de un vidrio, y se almacenaron allá por medio de un protocolo llamado AFC (por las siglas en inglés de peine de frecuencia atómica). A su vez, los fotones mensajeros se enviaron En medio una fibra óptica a un dispositivo llamado divisor de haz, donde se borró por completo la data sobre su origen y trayectoria. Esquema del experimento y localización de los laboratorios implicados - ICFO Otro de los autores, Samuele Grandi, comenta: «Borramos cualquier tipo de característica que nos dijera de dónde procedían los fotones mensajeros, pues no queríamos tener ninguna información acerca de el fotón señal ni intuir en qué memoria cuántica se estaba almacenando». Al borrar estas peculiaridades, el fotón señal podía almacenarse en cualquiera de las memorias cuánticas, lo que significaba que había entrelazamiento entre ellas. Un clic verifica el entrelazamiento Para confirmar y verificar que, En verdad, se había conseguido un entrelazamiento, los científicos veían en el monitor un clic toda vez que un fotón mensajero llegaba al detector. Este entrelazamiento era el fotón señal en estado de superposición entre las dos memorias cuánticas, almacenándose Del mismo modo que una excitación compartida por decenas de millones de átomos A lo largo de un máximo de 25 microsegundos. «Lo curioso es que no era posible saber si el fotón estaba almacenado en la memoria cuántica del laboratorio 1 o del laboratorio 2, que estaban a más de 10 mts de distancia –destacan Lago y Grandi–. Sin embargo esta es la característica primordial de nuestro experimento, y por lo tanto algo que esperábamos que ocurriese, los resultados en el laboratorio seguían siendo contrarios a la intuición. Y aún más peculiar y alucinante para nosotros, ¡fuimos capaces de controlarlo!». En estudios precedentes Asimismo se ha experimentado con el entrelazamiento y memorias cuánticas utilizando fotones mensajeros para saber si es que el entrelazamiento entre las memorias cuánticas había tenido éxito o bien no. El fotón mensajero actúa Al igual que una paloma mensajera, y los científicos pueden saber a su llegada que se ha establecido el entrelazamiento entre las memorias cuánticas. En el instante esto sucede, los intentos para lograrlo se Capturan y el entrelazamiento se almacena en las memorias Antes de ser analizado. Pero en este experimento se Estados Unidos un fotón mensajero en la frecuencia de las telecomunicaciones. De ahí que, el entrelazamiento que se desencadena podría establecerse con un fotón compatible con las redes de telecomunicaciones existentes. Esto representa una hazaña considerable, al avalar crear entrelazamientos a largas distancias y que estas tecnologías cuánticas se puedan integrar De manera fácil en las redes y Además infraestructuras clásicas de telecomunicaciones que ya existenten. Multiplexación en repetidores cuánticos Otro de los puntos claves del experimento ha sido el uso de la multiplexación, la capacidad que tiene un sistema en enviar Varios mensajes al mismo tiempo Mediante un Solo canal de transmisión. En las telecomunicaciones clásicas, es una herramienta que se utiliza con frecuencia para transmitir información Durante internet. En los repetidores cuánticos, esta técnica es un poco más compleja. Con las memorias cuánticas estándares, uno tiene que esperar a que el mensaje que anuncia el entrelazamiento regrese a las memorias Ya antes de poder retornar a intentar crear un nuevo entrelazamiento. Pero A lo largo del protocolo AFC (peine de frecuencia atómica) que permite este enfoque de multiplexación, los investigadores pueden almacenar los fotones entrelazados en muchos momentos distintos en la memoria cuántica, sin poseer que aguardar a que llegue la señal de triunfo Antes de producir el siguiente par de fotones entrelazados. Esta condición, denominada multiplexación temporal es una característica esencial que representa un aumento especial en el tiempo operativo del sistema, lo que conlleva a un aumento en la tasa de entrelazamiento permanente. Cercano reto: enlace cuántico a 35 kilómetro El Además coautor y profesor ICREA Hugues de Riedmatten se acuerda que concibieron la idea hace 10 años y adelanta: «Los posteriores pasos son llevar el experimento fuese del laboratorio, para procurar vincular diferentes nodos y distribuir el entrelazamiento en distancias mucho mayores, más allí de lo cual hemos conseguido a continuación. En verdad, estamos durante de lograr el primer enlace cuántico de 35 km, que se hará entre Barcelona y el ICFO, en Castelldefels». En cualquier caso, de momento el elenco ya ha logrado todo un avance: «Nos enseñan la teoría acerca de la física cuántica y lo antintuitiva que es, Sin embargo llegar al laboratorio y probar sus efectos, De La misma manera que los del entrelazamiento, y poderlos medir y controlar es una pasada», termina Lago.