Desde mediados del siglo XX, Los científicos han estado buscando evidencia de vida inteligente más allá de nuestro sistema solar. Durante gran parte de ese tiempo Los científicos que se dedican a la búsqueda de inteligencia extraterrestre (SETI) se han basado en estudios de radioastronomía para buscar signos de actividad tecnológica (también conocidos como "tecnofirmas"). Con 4, 375 exoplanetas confirmados (¡y contando!) Se espera que se realicen esfuerzos aún mayores en un futuro próximo.

Anticipándose a estos esfuerzos, Los investigadores han estado considerando otras posibles firmas tecnológicas a las que deberíamos estar atentos. Según Michael Hippke, un académico visitante en el Centro de Investigación SETI de UC Berkeley, la búsqueda también debería ampliarse para incluir la comunicación cuántica. En una era en la que la computación cuántica y las tecnologías relacionadas están llegando a buen término, tiene sentido buscar signos de ellos en otros lugares.

La búsqueda de firmas tecnológicas, y lo que constituye los más prometedores, ha sido objeto de renovado interés en los últimos años. Esto se debe en gran parte al hecho de que miles de exoplanetas están disponibles para estudios de seguimiento utilizando los telescopios de próxima generación que estarán operativos en los próximos años. Con estos instrumentos buscando agujas en el "pajar cósmico, "Los astrobiólogos deben tener claro qué buscar.

En septiembre de 2018, La NASA organizó un taller de firmas tecnológicas, que fue seguido por el lanzamiento de su Technosignature Report. Para agosto de 2020, La NASA y el Blue Marble Institute patrocinaron otra reunión, Technoclimes 2020, para discutir conceptos para búsquedas futuras que buscarían firmas tecnológicas más allá de las señales de radio habituales. Como alguien que ha dedicado su vida profesional a SETI, Hippke tiene muchas ideas que ofrecer.

La búsqueda hasta ahora

Como señaló en su estudio, Los esfuerzos modernos de SETI comenzaron en 1959 cuando el famoso pionero de SETI Giuseppe Cocconi y el físico Philip Morrison (ambos de la Universidad de Cornell en ese momento) publicaron su artículo fundamental, "Buscando comunicaciones interestelares". En este papel, Coccini y Morrison recomendaron buscar señales de vida inteligente buscando señales de banda estrecha en el espectro de radio.

Esto fue seguido dos años más tarde por R.N. Schwartz y C.H. Townes del Instituto de Análisis de Defensa (IDA) en Washington D.C. En su artículo, "Comunicación interestelar e interplanetaria por Optical Masers, "propusieron que los pulsos ópticos de los láseres de microondas podrían ser una indicación de que la inteligencia extraterrestre (ETI) envía mensajes al cosmos.

Pero como señala Hippke, seis décadas y más de cien programas de búsqueda dedicados después, las encuestas que han buscado estas firmas tecnológicas particulares no han arrojado nada concreto. Esto no quiere decir que los científicos hayan estado buscando las firmas incorrectas hasta ahora, pero que podría ser útil considerar la posibilidad de lanzar una red más amplia. Como explicó Hippke en su artículo:

"Estamos buscando (y deberíamos seguir buscando) explosiones de faros de banda estrecha, aunque todavía no hemos encontrado ninguno. Al mismo tiempo, es posible expandir nuestra búsqueda ... A veces se argumenta en los pasillos de los departamentos de astronomía que 'solo tenemos que sintonizarnos con la banda correcta' y, voilà, estaremos conectados al canal de comunicación galáctica ".

Una revolución cuántica

Si bien prácticamente todos los intentos de crear procesadores cuánticos son relativamente recientes (ocurrieron desde el cambio de siglo), el concepto en sí se remonta a principios de la década de 1970. Fue en este momento que Stephen Weisner, un profesor de física en la Universidad de Columbia en ese momento, propuso que la información se pueda codificar de forma segura aprovechando el principio de superposición.

Este principio establece el "giro" de un electrón, una propiedad fundamental que puede orientarse "hacia arriba" o "hacia abajo, "es indeterminado, lo que significa que puede ser uno o ambos simultáneamente. Por lo tanto, mientras que un giro hacia arriba o hacia abajo es similar a los ceros y unos del código binario, El principio de superposición significa que las computadoras cuánticas pueden realizar un número exponencialmente mayor de cálculos en un momento dado.

Más allá de la capacidad de realizar más funciones, Hippke identifica cuatro posibles razones por las que una ETI optaría por las comunicaciones cuánticas. Estos incluyen "vigilancia de puertas, "supremacía cuántica, seguridad de información, y eficiencia de la información. "Se prefieren a las comunicaciones clásicas con respecto a la seguridad y la eficiencia de la información, y habrían escapado a la detección en todas las búsquedas anteriores, " el escribe."

El uso de computadoras ha evolucionado considerablemente durante el siglo pasado, desde máquinas aisladas a la web mundial, y posiblemente a una red interplanetaria en el futuro. Mirando hacia el futuro, Hippke sostiene que no es descabellado creer que la humanidad puede llegar a depender de una red cuántica interestelar que permite la computación cuántica distribuida y la transmisión de qubits a largas distancias.

Basado en el supuesto de que la humanidad no es un caso atípico, pero representativo de la norma (también conocido como el principio copernicano) es lógico suponer que una ETI avanzada ya habría creado una red de este tipo. Basado en la investigación de la humanidad sobre comunicaciones cuánticas, Hippke cuatro métodos posibles. El primero es "codificación de polarización, "que se basa en la polarización horizontal y vertical de la luz para representar datos.

El segundo método implica el "estado de Fock" de los fotones, donde una señal se codifica alternando entre un número discreto de partículas y vacío (similar al código binario). Las dos opciones restantes implican codificación de intervalo de tiempo, donde se usa la llegada temprana y tardía, o el estado coherente de codificación de luz, donde la luz se comprime en amplitud o en fase para simular un código binario.

Seguridad y supremacía

De los muchos beneficios que las comunicaciones cuánticas presentarían para una especie tecnológicamente avanzada, Gate-Keeping es especialmente interesante debido a las implicaciones que podría tener para SETI. Después de todo, la disparidad entre lo que asumimos es la probabilidad estadística de vida inteligente en nuestro Universo y la falta de evidencia para ello (también conocida como la paradoja de Fermi) clama por explicaciones. Como dice Hippke:

"ETI puede elegir deliberadamente hacer que las comunicaciones sean invisibles para las civilizaciones menos avanzadas. Quizás la mayoría o todas las civilizaciones avanzadas sientan la necesidad de mantener a los" monos "fuera del canal galáctico, y permitir que los miembros solo participen por encima de un cierto mínimo tecnológico. Mastering quantum communications may reflect this limit."

The idea of quantum communication was first argued by Mieczyslaw Subotowicz, a professor of astrophysics at the Maria Curie-Sklodowska University in Lublin (Poland), in 1979. In a paper titled "Interstellar communication by neutrino beams, " Subotowicz argued that the difficulties this method presented would be a selling point to a sufficiently advanced extraterrestrial civilization (ETC).

By opting for a means of communication that has such a small cross-section, an ETC would only be able to communicate with similarly advanced species. Sin embargo, Hippke noted, this also makes it virtually impossible to detect entangled pairs of neutrinos. Por esta razón, entangled photons would not only provide for gate-keeping, but they would also be detectable by those meant to receive them.

Similar, quantum communication is also preferable because of the security it allows for, which is one of the main reasons the technology is being developed here on Earth. Quantum key distribution (QKD) enables two parties to produce a shared key that can be used to encrypt and decrypt secret messages. En teoria, this will lead to a new era where encrypted communications and databases are immune to conventional cyber attacks.

Además, QKD has the unique advantage of letting the two parties detect a potential third party attempting to intercept their messages. Based on quantum mechanics, any attempt to measure a quantum system will collapse the wave function of any entangled particles. This will produce detectable anomalies in the system, which would immediately send up red flags. Said Hippke:

"We do not know whether ETI values secure interstellar communication, but it is certainly a beneficial tool for expansive civilizations which consist of actions, like humanity today. Por lo tanto, it is plausible that future humans (or ETI) have a desire to implement a secure interstellar network."

Another major advantage to quantum computing is its ability to solve problems exponentially faster than its digital counterparts—what is known as "quantum supremacy." The classic example is Shor's algorithm, a polynomial-time quantum algorithm for factoring integers that a conventional computer would take years to solve, but a quantum computer could crack in mere seconds.

In traditional computing, public-key encryption (such as the RSA-2048 encryption) employs mathematical functions that are very difficult and time-consuming to compute. Given that they can accommodate an exponentially greater number of functions, it is estimated that a quantum computer could crack the same encryption in about ten seconds.

Último, pero no menos importante, there's the greater photon information efficiency (PIE) that quantum communications offer over classical channels—measured in bits per photon. According to Hippke, quantum communications will improve the bits per photon efficiency rating by up to one-third. In this regard, the desire for more efficient data transmissions will make the adoption of a quantum network something of an inevitability.

"Turned the other way around, classical channels are energetically wasteful, because they do not use all information encoding options per photon, " he writes. "A quantum advantage of order 1/3 does not seem like much, but why waste it? It is logical to assume that ETI prefers to transmit more information rather than less, per unit energy."

Desafíos

Por supuesto, no SETI-related pitch would be complete without mentioning the possible challenges. Para principiantes, there's the matter of decoherence, where energy (and hence, information) is lost to the background environment. Where transmissions through interstellar space are concerned, the main issues are distance, free electrons (solar wind), interplanetary dust, and the interstellar medium—low-density clouds of dust and gas.

"As a baseline, the largest distance over which successful optical entanglement experiments have been performed on Earth is 144 km, " notes Hippke. Since the mass density of the Earth's atmosphere is 1.2 kg m ^-3 , this means that a signal passing through a column 144 km (~90 mi) in length was dealing with a column density of 1.728×10 ⁵ kg m ^-2 . A diferencia de, the column density between Earth and the nearest star (Proxima Centauri) is eight orders of magnitude lower (3×10 ^-8 kg m ^-2 ).

Another issue is the delay imposed by a relativistic Universe, which means that messages to even the closest star systems would take years. Como resultado, quantum computation is something that will be performed locally for the most part, and only condensed qubits will be transmitted between communication nodes. Teniendo esto en cuenta, there are a few indications humanity could be on the lookout for in the coming years.

What to Look For?

Depending on the method used to transmit quantum information, certain signatures would result that SETI researchers could identify. En el presente, SETI facilities that conduct observations in the visible light spectrum are not equipped to receive quantum communications (since the technology does not exist yet). Sin embargo, they are equipped to detect photons, obtain spectra, and perform polarization experiments.

Como tal, argues Hippke, they would be able to tease out potential signals from the background noise of space. This is similar to what Professor Lubin suggested in a 2016 paper ("The Search for Directed Intelligence"), where he argued that optical signals (lasers) used for directed-energy propulsion or communications would result in occasional "spillover" that would be detectable.

In much the same way, "errant" photons could be collected by observatories and measured for signs of encoding using various techniques (including the ones identified in the study). One possible method Hippke recommends is long-duration interferometry, where multiple instruments monitor the amplitude and phase of electromagnetic fields in space over time and compare them to a baseline to discern the presence of encoding.

One thing bears consideration though:If by listening in on ETI quantum communications, won't that cause information to be lost? And if so, would the ETI in question not realize we were listening in? Assuming they were not aware of us before, they sure would be after all this went down! One might conclude that it would be better to not eavesdrop on the conversations of more advanced species!