Investigadores resuelven en Castelldefels uno de los mayores problemas de comunicación cuántica

Desde hace años, China, EE UU y Europa compiten por ser los primeros en alcanzar la supremacía cuántica, un amplio término que supone la creación de ordenadores con una rapidez y poder de cálculo muy superior a los actuales conectados por una red de comunicación inexpugnable.

El año pasado China creó un ordenador cuántico que desbancó al fabricado por Google y resolvió en poco más de tres minutos un problema matemático que un ordenador normal tardaría en solucionar unos 2.500 millones de años.

China es también líder en comunicación cuántica, que consiste en enviar claves para descifrar mensajes secretos usando las asombrosas propiedades de las partículas de luz: los fotones. Estas partículas microscópicas pueden estar entrelazadas entre sí, con lo que están en el mismo estado aunque las separen miles o millones de kilómetros. Mandar mensajes con fotones entrelazados es posiblemente el modo de comunicación más seguro: si un espía intenta entrar en el sistema los fotones rompen su enlace, el mensaje cifrado se pierde y salta la alarma de que ha habido una intrusión. La supremacía cuántica es un objetivo estratégico tanto para países que quieran transmitir mensajes secretos como para empresas que manejan datos sensibles de miles de millones de personas.

Castelldefels, en la cima de la investigación tecnológica

Sin embargo, un grupo de investigadores del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO), ubicado en en el campus de la UPC en Castelldefels, le ha ganado una pequeña gran batalla al gigante asiático. Uno de los mayores problemas sin resolver de la comunicación cuántica es que la fibra óptica no puede transmitir pares de fotones entrelazados a más de 100 kilómetros. La señal se pierde. Para poder ampliar el rango hay que fabricar repetidores, una cuestión trivial en telecomunicaciones convencionales pero endiablada cuando se trata de la cuántica, pues hay que almacenar los fotones en memorias cuánticas hechas de cristales cuyos átomos pueden conservar durante un tiempo la partícula entrelazada en su interior.

El equipo del ICFO dirigido por Hugues de Riedmatten demuestra en un artículo publicado en la portada de la prestigiosa revista Nature el almacenamiento de dos fotones entrelazados en dos memorias cuánticas que estaban a 10 metros de distancia. El estudio supone una prueba de concepto clave, pues los investigadores han usado fotones con unas propiedades que permitirían enviar mensajes cuánticos usando la fibra óptica convencional que ya emplea internet. Además son los primeros en demostrar que su comunicación tiene hasta 60 modos diferentes de almacenar los fotones, un hito clave en el campo.

“Este trabajo es la demostración de un primer paso hacia un repetidor cuántico”, explica Riedmatten. Las memorias almacenan el fotón durante apenas 25 millonésimas de segundo, suficiente para demostrar que podría establecerse una red de repetidores viable trabajando con partículas que viajan a la velocidad de la luz.

Samuele Grandi, otro miembro del equipo, explica que ya están preparando un experimento similar entre una memoriacuántica localizada en el ICFO, con sede en Castelldefels, y otra en la ciudad de Barcelona a 35 km.

Jelena Rakonjac, otra de las autoras del estudio del ICFO, explica que este futuro internet cuántico no sustituirá al actual, sino que lo complementará. Las redes de comunicación cuántica servirán para transmitir las claves que permitan descifrar mensajes encriptados transmitidos de forma convencional. Si alguien intenta penetrar en las memorias cuánticas para espiar, la clave desaparece y el mensaje es indescifrable. “Esto puede ser de gran utilidad para comunicaciones oficiales secretas, para la banca y también para compartir datos personales muy delicados, como historiales médicos entre hospitales”, señala la investigadora.

Riedmatten advierte de que aún estamos en los albores de la comunicación y computación cuántica. “Probablemente esta década veamos las primeras redes cuánticas a distancias de 500 o incluso 1.000 kilómetros. Pero tener una red funcional que alcance a todos como lo hace Internet llevará muchos años, si no décadas” explica.

A finales de este verano concluirá el primer gran proyecto de la Unión Europea en este campo, conocido como Alianza por un Internet Cuántico. El proyecto ha costado más de 10 millones de euros. Su objetivo es trazar un primer plano de lo que será la primera red de comunicación cuántica de Europa.