Los investigadores de Delft están dando un paso hacia una Internet cuántica segura

Los investigadores de Delft están dando un paso hacia una Internet cuántica segura

La primera red cuántica, con tres nodos, es real. Esta red a pequeña escala, construida en Delft Lab, es un paso importante hacia una “Internet cuántica” más grande y segura para crear comunicaciones seguras y conectar poderosas computadoras cuánticas del futuro.

La información cuantitativa se puede transmitir a través de una red cuántica. Con conexiones regulares a Internet y computadoras, la información consta de bits que son 1 o 0. La información cuántica consta de qubits, que pueden ser una mezcla de 1 y 0. Como resultado, contiene más información que los bits normales. Además, puede entrelazar qubits, de modo que formen un vínculo especial entre sí. Cuando mides dos qubits entrelazados, siempre, instantáneamente, dan la misma respuesta, incluso si envías a uno de ellos al otro lado del universo.

Enredo fracturado

Gracias al entrelazamiento, la Internet cuántica tiene una serie de propiedades especiales y útiles. Por ejemplo, garantiza que nadie pueda escuchar a escondidas su comunicación cuántica sin que nadie se dé cuenta. Al hacer esto, está destruyendo el enredo. Esto es útil para enviar información confidencial.

La comunicación cuántica simple ya es posible con conexiones directas entre dos sistemas. Pero si desea construir una Internet cuántica a gran escala, necesita nodos que conecten otros nodos. Los investigadores de Delft han demostrado que esto se puede hacer entrelazando dos qubits y un nodo cuántico intermedio. Sus resultados Jueves al mediodía a Ciencias.

“Cada uno de los tres nodos de nuestra red está formado por un chip de diamante”, dice Sophie Hermans, candidata a doctorado en el Grupo de Investigación QuTech en Delft, quien llevó a cabo el experimento. Este es un diamante “falso” en él: un lugar donde un átomo de carbono ha sido reemplazado por un átomo de nitrógeno, y al lado hay un agujero donde falta un átomo de carbono. Un electrón extra atrapado en este error. “Estos son nuestros caballos de trabajo, los qubits”, explica Hermans. “Para asegurarnos de que los qubits sensibles se descompongan lo menos posible, los enfriamos a -269 grados Celsius”.

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Alice, Bob y Charlie Chips

Los investigadores de Delft en realidad conectaron dos chips, llamados Bob y Charlie, en el laboratorio (pero aún no conectados) a un cable de fibra óptica de dos metros de largo. El tercer chip, Alice, está en otra habitación y está conectado a Bob con 30 metros de fibra. Bob es el nodo intermedio y, por lo tanto, tiene un segundo qubit, que actúa como memoria. Para conectar la red, Alice y Bob primero se entrelazan entre sí con la ayuda de fotones (partículas de luz) emitidas por los electrones que viajan a través de la fibra de vidrio. Esta sinapsis se almacena en el qubit de la memoria de Popeye. Ahora qbit Alice y la memoria de Bob están entrelazados. El otro Qubit Pop se enreda con Charlie y la red se completa.

“Usamos la cuadrícula después de eso de dos maneras”, dice Hermans. “Primero, vinculamos los qubits de memoria de Pop con los otros qubits, haciendo que las tres rebanadas se enreden”. Una red de enclavamiento de este tipo se puede utilizar, por ejemplo, para sincronizar con precisión relojes atómicos.

Además, los investigadores modificaron la red eliminando a Bob y así “teletransportando” el enredo con Alice y Charlie. Estos no están relacionados físicamente con la fibra de vidrio, sino solo a través de su reticulación. Bob ya no podrá escuchar la conexión entre Alice y Charlie sin que se dé cuenta. Esto es útil para redes cuánticas más grandes. Entonces Bob es una especie de proveedor de comunicaciones cuánticas que se conecta con otros, pero no puede escuchar por sí mismo.

Creo que es asombrosamente bueno

Gerhard Rimby Instituto Max Planck

“Lo importante de nuestra experiencia es que recibimos una señal inmediatamente cuando logramos entrelazar los nodos. Esto asegura que la red sea escalable para incluir más nodos y procesos más complejos”, dice Hermans. En otros experimentos con tres nodos, por ejemplo, solo entonces se podía ver que el entrelazamiento estaba funcionando.

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Los físicos cuánticos no involucrados están entusiasmados con el experimento. “Creo que es increíblemente bueno”, dice el profesor Gerhard Rimby del Instituto Alemán Max Planck de Óptica Cuántica. “La construcción de una red cuántica es uno de los mayores desafíos en la investigación de la física cuántica. Conectar múltiples nodos es técnicamente difícil porque existe el riesgo de que los factores ambientales perturben los qubits sensibles”.

Hermann no cree que una Internet cuántica sustituya a la Internet actual. La transmisión de información cuántica es más difícil y requiere más tiempo que la información normal. Si esto no es necesario, la red existente será más sencilla. La red cuántica podría convertirse en una conexión adicional para la criptografía segura y para la comunicación con computadoras cuánticas futuras, grandes y potentes.

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