Los físicos de las universidades de Toronto, Osaka y Toyama introdujeron el concepto de un repetidor cuántico que no utiliza células de memoria cuántica y
es capaz de operar a temperatura ambiente. En el futuro, permitirá la implementación de redes cuánticas a gran escala.
Te contamos cuál es la innovación.
/ PxHere / PD¿Cuál es la diferencia entre el nuevo repetidor cuántico?
La información en las redes cuánticas está codificada en fotones. Sin embargo, enviarlos a largas distancias por fibra es bastante difícil. Más del 90% de las partículas se
pierden en un cable cuya longitud supera los 50 km. Para aumentar la distancia de transmisión efectiva, los científicos e ingenieros están trabajando en repetidores cuánticos. Ayudan a prevenir la pérdida de fotones a través del cable de fibra óptica. Sin embargo, los dispositivos existentes usan celdas de memoria cuántica, como trampas de iones, que son estables solo con un fuerte enfriamiento.
Dichas decisiones
primero decodifican la información transmitida y luego la codifican nuevamente para su transmisión más abajo en la cadena. Este enfoque crea una vulnerabilidad potencial para los atacantes que podrían interceptar información en un sitio comprometido.
Un equipo de físicos e ingenieros dirigido por el profesor Hoi-Kwong Lo logró resolver este problema. Demostraron la viabilidad de implementar un repetidor de fotones que no requiera transformaciones "intermedias". Tenga en cuenta que los investigadores
propusieron el concepto de dispositivo en 2015, y a principios de 2019 pudieron probarlo experimentalmente.
En este caso, la memoria cuántica
se reemplaza por un estado de gráfico fotónico. Dos computadoras ubicadas en extremos opuestos de la conexión de fibra óptica
generan entrelazamiento cuántico entre sus fotones. Luego, inmediatamente envían muchos fotones al repetidor. En el repetidor, estas partículas se representan como un gráfico en el que
cada qubit es un vértice. Luego, se realiza una
medición del estado de Bell en los fotones. El resultado de la medición
es el diseño de las partículas en un estado enredado.
Beneficios y desafíos
Los repetidores ópticos pueden proporcionar transmisión de fotones a distancias mucho mayores: el emisor y el receptor
pueden estar a 800 kilómetros el uno del otro. En este caso, los repetidores permanecen operativos a temperatura ambiente.
Para lograr tales resultados en la red, se requiere el uso de detectores ópticos altamente sensibles, cuya
eficiencia cuántica excederá el 60%. De los dispositivos existentes, pocos son capaces de producir tales indicadores, mientras que los que son capaces son
caros .
A pesar del inconveniente, los desarrolladores esperan que los nuevos repetidores ópticos se conviertan en el enlace que finalmente permitirá la unificación de computadoras cuánticas individuales y la creación de una Internet cuántica segura. De acuerdo con los principios de la mecánica cuántica, al medir las características de un fotón, cambia su estado. Si alguien intenta espiar una red cuántica, entonces este intento se notará de inmediato y el fotón "colapsará".
Tenga en cuenta que con el advenimiento de la Internet cuántica, los científicos del mundo tendrán que resolver una serie de otros problemas. Según un
estudio reciente
realizado por el personal de la Universidad George Washington, los piratas informáticos pueden interrumpir la transmisión de información en redes cuánticas al "mezclar" el tráfico de terceros en el sistema de fotones enredados. Todavía no hay protección contra este tipo de ataque, pero los ingenieros planean trabajar en esta dirección.
/ Flickr / Nick Harris / CC BY-ND¿Qué más se está haciendo para implementar Internet cuántica?
Varios investigadores están trabajando en repetidores con trampas de iones. Se están desarrollando nuevos materiales para ellos, por ejemplo,
diamantes artificiales, que se utilizan para el almacenamiento y la transferencia de qubits. El diamante sintético puede servir como almacén cuántico debido a un defecto en la red de carbono. En él, dos átomos de carbono son reemplazados por un átomo arbitrario y un "espacio vacío".
También se está trabajando en algoritmos de corrección de errores. Codifican los estados cuánticos de los fotones de tal manera que cuando una o más partículas se pierden durante la transmisión de la señal, la información de ellas se puede restaurar. Para corregir errores, se propone utilizar varios métodos, por ejemplo,
el algoritmo Shore , la
codificación Stein , el principio de
paridad cuántica y otros.
Todas las tecnologías presentadas todavía están en las primeras etapas de desarrollo. Por lo tanto, es demasiado pronto para decir que algunos de ellos definitivamente se utilizarán en Internet cuántica. Sin embargo, las redes de prueba ya están comenzando a aparecer: en los próximos cinco años,
se planea construir estaciones repetidoras cuánticas en el Reino Unido. Es probable que otros países retomen la iniciativa.
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