Los investigadores de la DTU Fotonik han demostrado que pueden teletransportar información entre dos microchips utilizando un entrelazamiento mecánico cuántico de dos fotones. El experimento nos acerca un paso más a una Internet más rápida y segura.

El teletransporte es probablemente más conocido por las películas de ciencia ficción como Star Trek, donde la gente es transportada instantáneamente de un lugar a otro. La teletransportación física todavía pertenece al mundo de la fantasía. Sin embargo, junto con investigadores ingleses y chinos, los físicos cuánticos de DTU Fotonik han demostrado algo similar al teletransportar fotones, es decir, partículas de luz, entre dos microchips. En lugar de aprovechar el método clásico de transferencia de datos para enviar un fotón portador de información entre dos chips, los investigadores han teletransportado la información de un chip de silicio a otro utilizando un par de fotones enlazados mecánicamente cuánticos.

Los fotones conectados en un estado cuántico enmarañado (también llamado entrelazado, véase más en el cuadro) conocen las características del otro en cualquier momento; no se puede medir uno sin cambiar también el estado del otro. Esta relación puede utilizarse para intercambiar información cuántica entre los lugares donde se envían los fotones enredados. A largo plazo, esta tecnología podría utilizarse potencialmente para desarrollar nuevos tipos de conexiones de Internet completamente seguras en las que la manipulación de datos en ruta no pueda pasar desapercibida.

Incluso ahora, la física cuántica puede ser usada para enviar mensajes secretos que ningún tercero puede escuchar. Mientras que la tecnología está todavía en sus inicios, hay empresas que ofrecen equipos para el intercambio mecánico cuántico de claves de encriptación por medio de las cuales los datos se envían como fotones individuales en diferentes estados cuánticos. Sin embargo, en este caso se requiere un enlace directo de fibra óptica entre las dos partes que desean enviarse mensajes secretos entre sí, y existen limitaciones físicas en cuanto a la duración de dicho enlace. El registro en el laboratorio es de 509 kilómetros, pero en la práctica la fibra rara vez supera los 100 kilómetros. Si los usuarios están separados por cientos de kilómetros, el problema de la distancia puede resolverse utilizando los llamados nodos de confianza -estaciones autenticadas- pero esto hace que la conexión sea más lenta, más cara y, por último, pero no menos importante, menos segura, ya que los datos no están protegidos en las estaciones autenticadas y, por lo tanto, pueden ser pirateados por intrusos.

Fotones enredados

Por lo tanto, se necesita una infraestructura más robusta y flexible para la comunicación cuántica entre un gran número de usuarios, y aquí es donde entra en juego la reciente demostración de los investigadores de la teletransportación cuántica de chip a chip.

El estudio fue realizado por cuatro investigadores del Centro de Fotónica de Silicio para Comunicaciones Ópticas (SPOC) del Departamento de Ingeniería Fotónica de la DTU, en colaboración con investigadores de la Universidad de Bristol en el Reino Unido y la Universidad de Pekín en Beijing, China.

"En nuestro chip, podemos producir dos fotones que están en el estado cuántico enmarañado. Podemos entonces enviar un fotón en una dirección, y el otro en la otra. Entonces funcionan como un solo sistema, independientemente de la distancia entre ellos. Cuando se mide un fotón, se cambia el estado cuántico común y así se determina el estado del otro. De esta manera, fuimos capaces de utilizar los fotones enredados para transferir información de un chip a otro", explica el profesor adjunto Davide Bacco, uno de los cuatro investigadores del DTU.

Internet cuántico en el horizonte

El hecho de que la tecnología pueda ser implementada en los chips de silicio es una gran ventaja. El silicio se ha utilizado en la fabricación de microchips de ordenador desde los años 60, y los investigadores pueden reutilizar los métodos de producción de la industria de los semiconductores -incluso si son fotones y no electrones los que se van a manipular- y una vez que el diseño esté en su lugar, será fácil y barato producirlos en masa.

Así pues, los nuevos chips cuánticos serán un valioso paso en el camino hacia una Internet alternativa en la que la información se transfiera de acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica, no en forma de bits con un valor de 0 o 1, sino en bits cuánticos, que pueden ser tanto 0 como 1 al mismo tiempo.

Tal Internet se comportará de forma fundamentalmente diferente a la que conocemos, y tendrá perfecto sentido si se utiliza para enviar tareas a un ordenador cuántico y posteriormente recibir los resultados de los cálculos de forma que permita que la entrada, la salida y el cálculo sean conocidos sólo por el remitente, por ejemplo, una empresa farmacéutica que quiera aprovechar la formidable potencia de cálculo del ordenador cuántico para desarrollar nuevos medicamentos y conseguir que un ordenador central en la nube cuántica haga el trabajo.

Del mismo modo, las conexiones cuánticas seguras serán valiosas para las cosas conectadas a Internet, la llamada IO, que está experimentando un rápido crecimiento.

En el Centro de Excelencia de Fotónica de Silicio para Comunicaciones Ópticas de la DTU, los investigadores no sólo están trabajando en la parte de hardware de las nuevas redes basadas en el cuántico, sino que también se están desarrollando nuevas formas de utilizar la comunicación cuántica. Así como era imposible predecir para qué se usaría Internet hace 50 años, es imposible saber cómo afectará la Internet cuántica a nuestras vidas. Dicho esto, el potencial es inmenso.



El innovador experimento de teletransportación cuántica entre microchips se llevó a cabo en Bristol, en el Reino Unido, con chips diseñados y fabricados en DTU