MEMORIAS ENTRELAZADAS
Científicos del ICFO sientan las bases de la comunicación cuántica en internet
Gran avance del instituto de Castelldefels para lograr que la transmisión de datos sea absolutamente segura
Los autores del trabajo en el laboratorio en ICFO. De izquierda a derecha: Samuele Grandi, Darío Lago, Jelena Rakonjac, Alessandro Seri y Hugues de Riedmatten
Investigadores del Institut de Ciències Fotòniques (ICFO), en Castelldefels, han dado un importante paso para comunicación cuántica. El equipo ha conseguido que dos memorias cuánticas localizadas en puntos diferentes guarden a la vez un mismo fotón en un proceso llamado entrelazamiento y que lo hagan generando varios de estos eventos a la vez.
El logro, casi de ciencia ficción, supone un primer paso para la elaboración de repetidores cuánticos que permitan distribuir la información de forma extremadamente segura y a muy largas distancias mediante las infraestructuras de telecomunicaciones actuales. El estudio sale a la luz este miércoles en la revista Nature, que lo destaca en portada.
Cristal de memoria cuántica dentro del criostato en el laboratorio ICFO
La información de las redes de telecomunicación se transmite hoy en día en forma de luz a través de cables. Pero la señal va degradándose y hacen falta amplificadores cada 50 o 100 kilómetros para no perder la información, según explica el investigador Icrea Hugues de Riedmatten, quien dirige el laboratorio que ha hecho posible el avance. De esta manera se consigue mantener la señal durante el siguiente tramo de distancia.
Con los repetidores cuánticos se pretenden ampliar los trayectos recorridos por la luz. “Lo que queremos lograr es hacer una versión cuántica del repetidor que permita comunicar a una distancia superior a los 100 kilómetros”, dice el físico.
Foto del cristal modificado con elementos de tierras raras (praseodimio), utilizado como memoria cuántica ICFO
Junto con la mayor capacidad para cubrir distancias largas, la cuántica propicia también una mayor seguridad en las telecomunicaciones. Los procesos de encriptación de información actuales se sirven de computaciones complejas basadas en números primos muy grandes. La cuántica permitirá superar esta estrategia.
“La seguridad estará garantizada por las propias leyes de la física y no de las matemáticas”, afirma de Riedmatten. En la actualidad, ya hay ciertas compañías que ofrecen sus servicios de encriptación cuántica de información.
La idea del experimento que presenta hoy el ICFO comenzó de manera teórica en el año 2007 con la llegada de Hugues de Riedmatten al centro. “Pero es un experimento muy complejo”, apunta el investigador, por lo que se tardaron varios años en montarlo. El equipo contó con financiación de la Fundación Moore de Estados Unidos.
Infografía del experimento del ICFO
El grupo necesitaba para ello dos memorias cuánticas, elementos claves para hacer posible un sistema de comunicación cuántica.
Una memoria es un dispositivo para almacenar información. Las de tipo cuántico que diseñaron los investigadores tenían la capacidad de “guardar” luz -fotones- al incluirlos dentro de sus átomos, los cuales estaban organizados en una estructura cristalina. Para dotar a los cristales de esta capacidad, el equipo incluyó átomos del elemento químico praseodimio, perteneciente a las llamadas tierras raras de la tabla periódica.
“Cuando una ráfaga de fotones llega a la memoria, esta los guarda y, tras excitarla, los vuelve a liberar pudiendo recuperar los fotones con las mismas características cuánticas con las que ingresaron”, explica el primer autor del artículo Darío Lago.
Darío Lago y Samuele Grandi con una memoria cuántica sólida ICFO
Cada memoria fue luego emparejada a un generador de fotones idénticos entre sí. Ambas de dispusieron a 10 metros de distancia dentro de las instalaciones del ICFO en Castelldefels y se conectaron mediante 25 metros de fibra óptica.
Con los dispositivos montados, el equipo del ICFO logró acumular un fotón durante 25 microsegundos entre las dos memorias cuánticas gracias al entrelazamiento de ambas.
“Este entrelazamiento significa que había un fotón que estaba guardado en una de las dos memorias y estaba al mismo tiempo guardado en ambas, hay una partícula en dos sitios al mismo tiempo. Esto en la física clásica nunca podría pasar. Supone una propiedad única dentro de la física cuántica y resulta fundamental para la comunicación cuántica”, dice el también integrante del equipo Samuele Grandi.
Hasta ahora, se había logrado el entrelazamiento de memorias cuánticas y se habían almacenado fotones, pero no se habían conseguido ambos fenómenos a la vez. El grupo del ICFO ha superado esta barrera y lo ha hecho de una forma que es compatible con la red de telecomunicaciones actual gracias al uso de fibra óptica.
Las memorias diseñadas por de Riedmatten y su grupo permitieron también por primera vez la multiplexación de los entrelazamientos, es decir, que varios de estos eventos ocurrieran a la vez. «Esto hará posible tener un tramo de memorias cuánticas entrelazadas» , dice Grandi.
El siguiente paso será salir del laboratorio. Una de las ideas que barajan los investigadores es lograr el enlace cuántico entre Barcelona y el edificio del ICFO, lo que supondría unos 25 kilómetros de distancia.
Puedo entender algo de como funciona un ordenador clásico.
Muchoas transistores entrelazados, que forman el harware, son capaces de hacer cálculos muy rápidos, con la ayuda de un sistema operativo y unos programas.
Esto da lugar a la maravilla de información que tenemos
Tener múltiples publicaciones del mundo en mi ordenador.
Y poder tener la bibliografía que refieren los autores del trabajo.
Esto supone para mi tal adelanto, que tengo dudas de la supervivencia del libro.
Cuando en mi teléfono y por algunos de los motores de la información, puedo ver los adelantos de las publicaciones, antes de que lo hagan las grandes revistas de Neurocirgia por ejemplo.
Hasta aquí en este mundo agitado puedo entenderlo.
Pero que una particula, como mencionan lo autores de este trabajo, este en distintos lugares al mismo tiempo. Esto no entra en mi cabeza
Con los dispositivos montados, el equipo del ICFO logró acumular un fotón durante 25 microsegundos entre las dos memorias cuánticas gracias al entrelazamiento de ambas.
“Este entrelazamiento significa que había un fotón que estaba guardado en una de las dos memorias y estaba al mismo tiempo guardado en ambas, hay una partícula en dos sitios al mismo tiempo.
Me imagino que un cerebro mas evolucionado que el mio lo podrá entender, yo ni siquiera me asomo a pensar como algo puede estar en dos lugares distintos a la vez.
Esto huele por lo menos a milagroso, pero no, es real.
Dios mio que cosas.
JOSEP CORBELLACASTELLDEFELSMADRID “Barcelona puede ser líder en tecnologías cuánticas”