En febrero de 2020, científicos del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. Y la Universidad de Chicago revelaron que habían logrado un entrelazamiento cuántico , en el que el comportamiento de un par de dos partículas diminutas se vincula, de modo que sus estados son idénticos. una red de bucle cuántico de 83,7 kilómetros (52 millas) en los suburbios de Chicago.
Es posible que se pregunte de qué se trata todo este alboroto, si no es un científico familiarizado con la mecánica cuántica , es decir, el comportamiento de la materia y la energía en la escala más pequeña de la realidad, que es peculiarmente diferente del mundo que podemos ver alrededor. nosotros.
Pero la hazaña de los investigadores podría ser un paso importante en el desarrollo de una nueva y mucho más poderosa versión de Internet en las próximas décadas. En lugar de los bits que utiliza la red actual, que solo pueden expresar un valor de 0 o 1, la futura Internet cuántica utilizaría qubits de información cuántica, que puede tomar una cantidad infinita de valores. (Un quibit es la unidad de información de una computadora cuántica; es como un bit en una computadora ordinaria).
Eso le daría a Internet cuántica mucho más ancho de banda, lo que haría posible conectar computadoras cuánticas superpoderosas y otros dispositivos y ejecutar aplicaciones masivas que simplemente no son posibles con la Internet que tenemos ahora.
"Una Internet cuántica será la plataforma de un ecosistema cuántico, donde las computadoras, las redes y los sensores intercambian información de una manera fundamentalmente nueva donde la detección, la comunicación y la computación trabajan literalmente juntas como una sola entidad", explica David Awschalom por correo electrónico. Es profesor de espintrónica e información cuántica en la Escuela de Ingeniería Molecular Pritzker de la Universidad de Chicago y científico senior en Argonne, quien dirigió el proyecto de bucle cuántico.
Explicando la Internet cuántica
Entonces, ¿por qué necesitamos esto y qué hace? Para empezar, la Internet cuántica no es un reemplazo de la Internet normal que tenemos ahora. Más bien sería un complemento o una rama de él. Sería capaz de solucionar algunos de los problemas que plagan la Internet actual. Por ejemplo, una Internet cuántica ofrecería una protección mucho mayor contra los piratas informáticos y los ciberdelincuentes. En este momento, si Alice en Nueva York envía un mensaje a Bob en California a través de Internet, ese mensaje viaja más o menos en línea recta de una costa a la otra. En el camino, las señales que transmiten el mensaje se degradan; los repetidores leen las señales, amplifican y corrigen los errores. Pero este proceso permite a los piratas informáticos "irrumpir" e interceptar el mensaje.
Sin embargo, un mensaje cuántico no tendría ese problema. Las redes cuánticas utilizan partículas de fotones de luz para enviar mensajes que no son vulnerables a los ciberataques. En lugar de cifrar un mensaje usando complejidad matemática, dice Ray Newell, investigador del Laboratorio Nacional de Los Alamos , dependeríamos de las reglas peculiares de la física cuántica. Con la información cuántica, "no puedes copiarla o cortarla por la mitad, y ni siquiera puedes mirarla sin cambiarla". De hecho, solo intentar interceptar un mensaje destruye el mensaje , como señaló la revista Wired. Eso permitiría un cifrado que sería mucho más seguro que cualquier otro disponible en la actualidad.
"La forma más fácil de entender el concepto de Internet cuántica es a través del concepto de teletransportación cuántica" , dice en un correo electrónico Sumeet Khatri , investigador de la Universidad Estatal de Luisiana en Baton Rouge. Él y sus colegas han escrito un artículo sobre la viabilidad de una Internet cuántica basada en el espacio , en la que los satélites emitirían continuamente fotones entrelazados hacia la superficie de la Tierra, como describe este artículo de Technology Review .
"La teletransportación cuántica es diferente a lo que la mente de un no científico podría evocar en términos de lo que ven en las películas de ciencia ficción", dice Khatri. "En la teletransportación cuántica, dos personas que quieren comunicarse comparten un par de partículas cuánticas que están entrelazadas. Luego, a través de una secuencia de operaciones, el remitente puede enviar cualquier información cuántica al receptor (aunque no se puede hacer más rápido que la luz velocidad, un error común). Esta colección de entrelazamientos compartidos entre pares de personas de todo el mundo constituye esencialmente la Internet cuántica. La pregunta central de la investigación es cuál es la mejor manera de distribuir estos pares entrelazados a personas distribuidas por todo el mundo ".
Una vez que sea posible hacer eso a gran escala, la Internet cuántica sería tan asombrosamente rápida que los relojes remotos podrían sincronizarse con una precisión mil veces mayor que los mejores relojes atómicos disponibles en la actualidad, como detalla la revista Cosmos . Eso haría que la navegación GPS sea mucho más precisa de lo que es hoy, y mapearía el campo gravitacional de la Tierra con tal detalle que los científicos podrían detectar la ondulación de las ondas gravitacionales. También podría hacer posible teletransportar fotones desde telescopios de luz visible distantes por toda la Tierra y vincularlos en un observatorio virtual gigante.
"Potencialmente, podría ver planetas alrededor de otras estrellas", dice Nicholas Peters, líder de grupo del Grupo de Ciencia de la Información Cuántica en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge .
También sería posible que las redes de computadoras cuánticas superpoderosas en todo el mundo trabajaran juntas y crearan simulaciones increíblemente complejas. Eso podría permitir a los investigadores comprender mejor el comportamiento de moléculas y proteínas, por ejemplo, y desarrollar y probar nuevos medicamentos.
También podría ayudar a los físicos a resolver algunos de los antiguos misterios de la realidad. "No tenemos una imagen completa de cómo funciona el universo", dice Newell. "Tenemos una muy buena comprensión de cómo funciona la mecánica cuántica, pero no una imagen muy clara de las implicaciones. La imagen es borrosa donde la mecánica cuántica se cruza con nuestra experiencia vivida".
Desafíos de la construcción de la Internet cuántica
Pero antes de que algo de eso pueda suceder, los investigadores tienen que descubrir cómo construir una Internet cuántica, y dada la rareza de la mecánica cuántica, eso no será fácil. "En el mundo clásico, puedes codificar información y guardarla y no se deteriora", dice Peters. "En el mundo cuántico, la información se codifica y comienza a decaer casi de inmediato".
Otro problema es que debido a que la cantidad de energía que corresponde a la información cuántica es realmente baja, es difícil evitar que interactúe con el mundo exterior. Hoy en día, "en muchos casos, los sistemas cuánticos solo funcionan a temperaturas muy bajas", dice Newell. "Otra alternativa es trabajar al vacío y extraer todo el aire".
Para hacer que una Internet cuántica funcione, dice Newell, necesitaremos todo tipo de hardware que aún no se haya desarrollado. Por lo tanto, es difícil decir en este punto exactamente cuándo estaría en funcionamiento una Internet cuántica, aunque un científico chino ha imaginado que podría suceder tan pronto como en 2030.
Eso es interesante
Albert Einstein, quien cuestionó la validez de la mecánica cuántica, llamó al entrelazamiento cuántico "acción espeluznante a distancia", como explica Technology Review .
Publicado originalmente: 30 de marzo de 2020
