Tecnología que acercará las redes cuánticas.

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

¬ŅCu√°l es la diferencia entre el nuevo repetidor cu√°ntico?


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 cu√°ntica se reemplaza por un estado de gr√°fico fot√≥nico. Dos computadoras ubicadas en extremos opuestos de la conexi√≥n de fibra √≥ptica generan entrelazamiento cu√°ntico entre sus fotones. Luego, inmediatamente env√≠an muchos fotones al repetidor. En el repetidor, estas part√≠culas se representan como un gr√°fico en el que cada qubit es un v√©rtice. Luego, se realiza una medici√≥n del estado de Bell en los fotones. El resultado de la medici√≥n es el dise√Īo de las part√≠culas 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 cu√°ntica, los cient√≠ficos del mundo tendr√°n que resolver una serie de otros problemas. Seg√ļn un estudio reciente realizado por el personal de la Universidad George Washington, los piratas inform√°ticos pueden interrumpir la transmisi√≥n de informaci√≥n en redes cu√°nticas al "mezclar" el tr√°fico de terceros en el sistema de fotones enredados. Todav√≠a no hay protecci√≥n contra este tipo de ataque, pero los ingenieros planean trabajar en esta direcci√≥n.


/ Flickr / Nick Harris / CC BY-ND

¬ŅQu√© m√°s se est√° haciendo para implementar Internet cu√°ntica?


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".

Tambi√©n se est√° trabajando en algoritmos de correcci√≥n de errores. Codifican los estados cu√°nticos de los fotones de tal manera que cuando una o m√°s part√≠culas se pierden durante la transmisi√≥n de la se√Īal, la informaci√≥n de ellas se puede restaurar. Para corregir errores, se propone utilizar varios m√©todos, por ejemplo, el algoritmo Shore , la codificaci√≥n Stein , el principio de paridad cu√°ntica y otros.

Todas las tecnolog√≠as presentadas todav√≠a est√°n en las primeras etapas de desarrollo. Por lo tanto, es demasiado pronto para decir que algunos de ellos definitivamente se utilizar√°n en Internet cu√°ntica. Sin embargo, las redes de prueba ya est√°n comenzando a aparecer: en los pr√≥ximos cinco a√Īos, se planea construir estaciones repetidoras cu√°nticas en el Reino Unido. Es probable que otros pa√≠ses retomen la iniciativa.



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