Durante 15 días en diciembre pasado, tuvo lugar una compleja operación cuántica en las profundidades de la ciudad de Nueva York. Fotones de luz fluyeron alrededor de un área que se extendía desde Brooklyn Navy Yard hasta Corona, Queens, formando una red cuántica de 34 kilómetros de largo debajo de la metrópoli.
La empresa de hardware cuántico Qunnect realizó el experimento en su banco de pruebas GothamQ. La red cuántica operaba con fibras ópticas existentes que forman parte de la infraestructura de telecomunicaciones de Nueva York. La diferencia clave entre las telecomunicaciones subterráneas tradicionales y el experimento reciente es que, en lugar de fotones ordinarios que viajan a través de los cables, el equipo de Qunnect transmitió fotones polarizados entrelazados, es decir, fotones en un estado cuántico. La investigación del equipo es actualmente alojado en el servidor de preimpresión arXiv.
“Siempre es difícil explicar qué hará por usted una infraestructura de próxima generación. A menudo, las personas que inventan la infraestructura no lo saben”, dijo Mehdi Namazi, físico cuántico y director científico de Qunnect, en una videollamada con Gizmodo. “Es muy difícil decir cuál será el caso de uso, porque es como definir cuál habría sido la aplicación de Internet”.
Namazi dijo que gran parte del trabajo del equipo era “con diferencia, lo último en redes cuánticas”. Para ejecutar su red cuántica, el equipo generó pares de fotones (partículas de luz) utilizando una celda de vapor de rubidio-87. Los pares de fotones estaban entrelazados, lo que significa que las propiedades de uno de los fotones estaban definidas por el otro, y viceversa. El entrelazamiento es una propiedad cuántica; por lo tanto, el equipo utilizó fotones como un bit cuántico (o qubit) para la comunicación. Los qubits son la base de las computadoras cuánticas. Los qubits, a menudo formados por átomos en una matriz, se mantienen muy fríos para que puedan entrar en un estado cuántico, lo que les confiere propiedades que los hacen útiles para cálculos complejos.
El reciente proyecto envió medio millón de pares de fotones por segundo a través de la infraestructura del cable, lo que significa que se dispararon 648 mil millones de pares de fotones a través del sistema durante el transcurso del experimento de 15 días. Experimentos anteriores que utilizaron una infraestructura similar sólo alcanzaron velocidades de entre 10.000 y 20.000 pares de fotones por segundo.
A diferencia de las computadoras cuánticas, que necesitan mantenerse a temperaturas sobreenfriadas para permanecer en un estado cuántico, los fotones pueden transportar información cuántica a temperatura ambiente. Gracias a esta propiedad única de las partículas de luz, el equipo pudo utilizar la infraestructura a gran escala existente en Nueva York para su trabajo en lugar de un experimento más pequeño en un laboratorio cuidadosamente administrado.
La red permaneció operativa durante el 99,84% de la duración del experimento, que simplemente terminó porque había otros peces que freír. En otras palabras, la red no mostró signos de perder su estado entrelazado si el experimento continuaba.
Parte de la innovación del equipo fue pausar la operación durante lapsos de tiempo muy cortos (estamos hablando de milisegundos) para enviar pulsos de luz clásica a través del sistema como referencia para medir el sistema y verificar si hay perturbaciones que podrían alterar el funcionamiento cuántico del fotones. Esas interrupciones (un proceso llamado multiplexación de tiempo) solo desconectaron la operación durante el 0,16 % del experimento de 15 días, lo que llevó al tiempo de actividad observado anteriormente del 99,84 %.
“Nuestro trabajo allana el camino para el despliegue práctico de redes basadas en entrelazamiento 24 horas al día, 7 días a la semana, con velocidades y fidelidad adecuadas para muchos casos de uso actuales y futuros”, escribió el equipo en su artículo.
“Todo lo que hemos estado tratando de desarrollar gira en torno a esta idea de ‘¿es práctico?'”, dijo Namazi. “¿Puede prácticamente distribuir el entrelazamiento de una manera tan robusta, estable y de alta calidad que siempre puedas estar seguro de que es útil en aplicaciones, ya sea para ciberseguridad o para una visión más amplia de cómo podría ser la Internet cuántica?”
Las aplicaciones más inmediatas de la tecnología, afirmó, son la ciberseguridad. “Si puedes usarlos para enviar tus 0 y 1, o usarlos como una forma de crear una clave para tu cifrado, es mucho, mucho más difícil hackearlos”, dijo Namazi. “Si algo le pasó a uno de tus fotones, el otro lo sabe inmediatamente. Y un hacker no puede hacer nada al respecto porque no hay manera de replicar este tipo de conexión”.
Todavía queda un largo camino por recorrer hacia aplicaciones prácticas, e incluso más para conceptos aún abstractos como Internet cuántico. Namazi dijo que la velocidad de transmisión de fotones “no era 5G, ni mucho menos”, pero era al menos “10 veces mejor que la de Internet por acceso telefónico”.
Aunque muchas de las aplicaciones (de hecho, algunas de las implicaciones más significativas y de mayor alcance del trabajo) aún están más allá del horizonte, el experimento es un gran recordatorio de la ciencia que se realiza a nuestro alrededor. La próxima vez que te quedes atrapado en el metro, al menos podrás reflexionar sobre la extraordinaria física que ocurre, también bajo tierra, en algún lugar cerca de ti. Por supuesto, los fotones llegan a su destino mucho más rápido que tú.
