Científicos logran enviar información a larga distancia utilizando la luz

Para empezar, los fotones viajan a la velocidad de la luz, lo que permite que la información llegue del punto A al punto B lo más rápido posible. Los fotones generalmente no interactúan entre sí o con el entorno circundante, lo que garantiza que la información no se altere ni se corrompa en el tránsito. «La luz es realmente la única opción viable para las comunicaciones cuánticas a largas distancias», dijo en un comunicado el líder del proyecto Joseph Lukens, científico investigador de ORNL, que ayudó a detallar los resultados del equipo en Physical Review Letters.

El equipo usó luz para producir qubits de intervalos de frecuencia, o fotones individuales que residen en dos frecuencias diferentes simultáneamente, para demostrar operaciones de comunicaciones completamente arbitrarias en la codificación de frecuencia por primera vez. Si bien la codificación de frecuencia y el entrelazamiento aparecen en muchos sistemas y son naturalmente compatibles con la fibra óptica, el uso de estos fenómenos para realizar operaciones de procesamiento y manipulación de datos tradicionalmente ha resultado difícil. Sin embargo, estas operaciones son necesarias para las funciones de red básicas en las comunicaciones cuánticas y, por extensión, para la realización de una amplia gama de tecnologías cuánticas.

Usando una tecnología desarrollada en ORNL conocida como procesador de frecuencia cuántica, los investigadores demostraron puertas cuánticas ampliamente aplicables, o las operaciones lógicas necesarias para realizar protocolos de comunicación cuántica. En estos protocolos, los investigadores deben poder manipular fotones de una manera definida por el usuario, a menudo en respuesta a las mediciones realizadas en partículas en otras partes de la red. Mientras que las operaciones tradicionales utilizadas en las computadoras clásicas y las tecnologías de la comunicación, como Y y O, operan en ceros y unos digitales individualmente, las puertas cuánticas operan en superposiciones simultáneas de ceros y unos, manteniendo la información cuántica protegida a medida que pasa, un fenómeno necesario para realizar verdaderas redes cuánticas.

Al demostrar que su configuración podía transformar cualquier estado de qubit en un estado de qubit diferente, el equipo demostró una transferencia de información práctica. «Si puede realizar operaciones arbitrarias, puede realizar cualquiera de los protocolos de comunicación cuántica fundamentales, como el enrutamiento basado en la conversión de frecuencia», dijo Lukens. El suyo es uno de los muchos sistemas diferentes, pero uno de los más prometedores teniendo en cuenta los resultados. Como ejemplo, el equipo demostró con éxito más del 98% de fidelidad, una medida cuantitativa de precisión, utilizando su configuración personalizada.

Si bien la red cuántica de intervalos de frecuencia ha sido históricamente difícil de controlar, la caja de herramientas del equipo, dijo Lukens, la hace mucho más controlable. No solo eso, es un sistema producido naturalmente que se traduce bien en la fibra óptica existente. De hecho, el sistema se diseñó utilizando componentes de telecomunicaciones clásicos, como moduladores de fase. Estos factores hacen que la tecnología sea menos costosa y más atractiva para las industrias que buscan aplicarla. Además, este efecto dominó avanza las comunicaciones clásicas y cuánticas simultáneamente, lo que hace avanzar los métodos del equipo y posiblemente acerque las redes cuánticas a gran escala un paso más a la realidad.

Su próximo experimento consistirá en implementar su sistema en un circuito integrado fotónico. «Hay muchas aplicaciones imprevistas», dijo Lukens. «La codificación de frecuencia es producida naturalmente por muchos sistemas diferentes y se adapta muy bien a la fibra óptica, por lo que el espacio de aplicación potencial debería ser amplio».