Comunicación mediante física cuántica: científicos dan un gran paso en el desarrollo de una tecnología revolucionaria

Por primera vez, los científicos han logrado producir pares de fotones entrelazados casi perfectamente con alta eficiencia, algo que podría permitir el desarrollo de la comunicación cuántica.

Computadora cuántica IBM Q System
Los científicos han logrado producir pares de fotones entrelazados casi perfectamente con alta eficiencia, algo que podría permitir la comunicación cuántica entre computadoras cuánticas como la IBM Q System.

El entrelazamiento es una de las peculiaridades de la física cuántica que es contraintuitiva y difícil de explicar. Básicamente, dos partículas entrelazadas permanecen conectadas y se afectan entre sí, incluso si están separadas por distancias enormes.

Imaginemos que, poco después de su creación, dos partículas entrelazadas son enviadas a diferentes lugares, por ejemplo, una de las partículas permanece en la Tierra y la otra es enviada a la Luna. Como resultado, ambas partículas estarían separadas por una distancia gigantesca y allí no habría manera de que se “comuniquen”.

Sin embargo, al medir, por ejemplo, la rotación de la partícula terrestre y luego la rotación de la partícula lunar, seguirán estando relacionadas, como si pudieran "comunicarse" a pesar de la enorme distancia. Se mantienen conectadas.

Los científicos se han dado cuenta de esto midiendo, por ejemplo, la dirección de rotación de partículas entrelazadas separadas y descubriendo que el par siempre estará correlacionado de alguna manera. Este fenómeno se está utilizando para crear transmisiones de datos ultraseguras.

Ahora, investigadores del Instituto de Computación Cuántica (IQC) de la Universidad de Waterloo, en Estados Unidos, han logrado reunir dos conceptos cuánticos ganadores del Premio Nobel y dar un gran paso hacia el desarrollo definitivo de la comunicación cuántica segura.

Los científicos han logrado producir pares de fotones entrelazados casi perfectamente con alta eficiencia

El objetivo de los investigadores era precisamente optimizar el proceso de creación de estas partículas entrelazadas. Experimentos anteriores habían logrado un entrelazamiento casi perfecto de fotones, pero poco eficiente; o, por otro lado, la producción de alta eficiencia, pero con entrelazamiento imperfecto.

Los investigadores del IQC son los primeros en conseguir ambos objetivos al mismo tiempo.

representación de partículas con entrelazamiento cuántico
El entrelazamiento cuántico es la base de las principales tecnologías emergentes en informática, comunicaciones y criptografía. Incluso se están realizando experimentos con la teletransportación cuántica.

Al incorporar puntos cuánticos semiconductores en un nanocable, los investigadores han desarrollado una fuente que crea fotones entrelazados casi perfectamente con 65 veces más eficiencia que trabajos anteriores.

Esta nueva fuente se puede excitar con láseres para generar pares entrelazados cuando se lo ordene. A continuación, se utilizaron detectores de fotón único de alta resolución proporcionados por Single Quantum en los Holanda para aumentar el grado de entrelazamiento.

"Básicamente, podemos obtener una marca de tiempo de cómo se ve el estado entrelazado en cada punto durante las oscilaciones, y ahí es cuando tenemos un entrelazamiento perfecto".

Matteo Pennacchietti, investigador del IQC.

Para demostrar aplicaciones de comunicación futuras, los investigadores incluso pudieron simular un método de comunicación seguro conocido como "distribución de claves cuánticas", lo que demuestra que su creación encierra una promesa significativa para el futuro de las comunicaciones cuánticas seguras.

Referencia de la noticia:

Pennacchietti, M., Cunard, B., Nahar, S. et al. Oscillating photonic Bell state from a semiconductor quantum dot for quantum key distribution. Commun Phys 7, 62 (2024).