Primera demostración de teletransporte cuántico por cables de fibra óptica convencional

Un equipo de ingenieros de la Universidad Northwestern (Estados Unidos) han conseguido por primera vez realizar con éxito un teletransporte cuántico a lo largo de 30 kilómetros a través de un cable de fibra óptica que ya transporta tráfico de datos de internet.

Así, el equipo ha demostrado que es posible combinar la comunicación cuántica con los cables de internet existentes, lo que simplifica enormemente la infraestructura necesaria para las aplicaciones de detección o computación cuánticas distribuidas.

Los detalles del estudio se han publicado en la revista Optica. "Es increíblemente emocionante porque nadie pensaba que fuera posible", ha destacado Prem Kumar, de Northwestern, que dirigió el estudio.

"Nuestro trabajo muestra un camino hacia la próxima generación de redes cuánticas y clásicas que comparten una infraestructura de fibra óptica unificada. Básicamente, abre la puerta a llevar las comunicaciones cuánticas al siguiente nivel", ha explicado este experto en comunicación cuántica.

Comunicaciones casi instantáneas

Sólo limitada por la velocidad de la luz, la teletransportación cuántica podría hacer que las comunicaciones fueran casi instantáneas.

El proceso funciona aprovechando el entrelazamiento cuántico, una técnica en la que dos partículas están vinculadas, independientemente de la distancia que las separe. En lugar de que las partículas viajen físicamente para transmitir información, las partículas entrelazadas intercambian información a grandes distancias, sin transportarla físicamente.

"En las comunicaciones ópticas, todas las señales se convierten en luz. Mientras que las señales convencionales de las comunicaciones clásicas suelen estar formadas por millones de partículas de luz, la información cuántica utiliza fotones individuales", explica Kumar.

Antes del estudio, la lógica hacía pensar que los fotones individuales se ahogarían en cables llenos de los millones de partículas de luz que transportan las comunicaciones clásicas. Sería como una bicicleta endeble intentando navegar por un túnel atestado de camiones pesados a toda velocidad, explican los autores.

Pero Kumar y su equipo encontraron la forma de ayudar a los delicados fotones a sortear el tráfico.

Tras estudiar a fondo cómo se dispersa la luz en los cables de fibra óptica, encontraron una longitud de onda menos saturada para colocar los fotones y a continuación, añadieron filtros especiales para reducir el ruido del tráfico habitual de Internet.

"Estudiamos detenidamente cómo se dispersa la luz y colocamos nuestros fotones en un punto judicial donde se minimiza ese mecanismo de dispersión", comenta Kumar. "Descubrimos que podíamos realizar una comunicación cuántica sin interferencias de los canales clásicos que están presentes simultáneamente".

Para probar el nuevo método, instalaron un cable de fibra óptica de 30 kilómetros de longitud con un fotón en cada extremo y a continuación, enviaron simultáneamente información cuántica y tráfico normal de internet a través de él.

Por último, midieron la calidad de la información cuántica en el extremo receptor mientras se ejecutaba el protocolo de teletransporte realizando mediciones cuánticas en el punto medio.

Los investigadores comprobaron que la información cuántica se transmitía correctamente, incluso con un tráfico de internet muy intenso.

Próximos pasos

Kumar quiere ampliar los experimentos a distancias mayores y también tiene previsto utilizar dos pares de fotones entrelazados, en lugar de uno, para demostrar el intercambio de entrelazamiento, otro hito importante para las aplicaciones cuánticas distribuidas.

Además, su equipo está estudiando la posibilidad de realizar experimentos con cables ópticos enterrados en el mundo real, en lugar de en bobinas en el laboratorio.

"Si elegimos bien las longitudes de onda, no tendremos que construir nuevas infraestructuras. Las comunicaciones clásicas y las cuánticas pueden coexistir", concluye Kumar.

En declaraciones al SMC España, Carlos Sabín, investigador Ramón y Cajal en el departamento de Física Teórica de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), ha valorado que el experimento haya logrado realizar un teletransporte cuántico por una red de 30 kilómetros de fibra óptica convencional por la que, al mismo tiempo, circula un tráfico de 400 gigabits por segundo.

"La transmisión cuántica no es perfecta, ya que hay una diferencia de aproximadamente un 10% entre la información emitida y recibida. Sin embargo, esa diferencia es muy parecida a la de un teletransporte en el que no se usa una red de 30 km con tráfico", apunta el experto.

Por tanto, los investigadores han demostrado que "una futura red cuántica de comunicaciones podría emplear la misma infraestructura básica de fibra ya existente" pero "ese 10% de error que todavía aparece en experimentos básicos de teletransporte muestra que todavía estamos en una fase muy preliminar de lo que podría ser una red de comunicaciones cuánticas en el futuro".