A medida que aumenta rápidamente el número de ataques y violaciones de seguridad, Los científicos dicen que puede haber una forma de crear una red verdaderamente imposible de piratear utilizando las leyes de la física cuántica.

Para explorar el concepto, Los científicos están creando una red en el área de Chicago que aprovecha los principios de la física cuántica para enviar información. Tal enlace podría algún día formar la base de una red verdaderamente segura, que tendría un gran impacto en las comunicaciones, informática y seguridad nacional. El gobierno federal estima que la actividad cibernética maliciosa le costó a la economía de los Estados Unidos entre $ 57 mil millones y $ 109 mil millones en 2016.

La red cuántica, apoyado por el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), se extenderá entre el Laboratorio Nacional Argonne del DOE y el Laboratorio Nacional Aceleratorio Fermi, una conexión que se espera esté entre las más largas del mundo para enviar información segura utilizando la física cuántica. El experimento "teletransportará" información a una distancia de 30 millas, ya que las partículas cambian sus estados cuánticos instantáneamente en lugar de viajar entre dos puntos.

"Este proyecto pone en marcha la construcción de una red de comunicaciones basada en los estados cuánticos de la materia, ofreciendo una forma fundamentalmente nueva de crear y enviar información de forma segura, "dijo David Awschalom, un científico de Argonne y profesor de ingeniería molecular de la familia Liew en la Universidad de Chicago, quien es el investigador principal del proyecto. “Construiremos un banco de pruebas nacional para desarrollar la ciencia para la ingeniería de sistemas cuánticos y explorar las propiedades del entrelazamiento cuántico, un fenómeno que fascina tanto a los científicos como al público en general ".

Como resultado de un creciente enfoque en la investigación cuántica entre los científicos de Argonne, Fermilab y UChicago, las tres instituciones han formado una asociación, el Chicago Quantum Exchange, involucrando a 70 científicos e ingenieros y reuniendo los talentos intelectuales, capacidad de investigación y poder de ingeniería de las tres instituciones afiliadas.

"Esta es la primera vez que alguien ha planeado llevar a cabo una red cuántica como esta:una permanente, funcionamiento de la red de teletransportación cuántica a largas distancias en los Estados Unidos, ", dijo el director adjunto y director de investigación de Fermilab, Joe Lykken." Queremos demostrar la tecnología cuántica habilitadora. Y queremos capitalizar nuestra experiencia para allanar el camino para que otros creen sus propias redes. Hace decadas, construir algo como esto hubiera sido solo un sueño. Pero lo estamos haciendo ahora y pronto otros podrán hacerlo ".

'Las extrañas leyes de la cuántica'

La nueva red de comunicaciones aprovecha las extrañas leyes de la mecánica cuántica, que gobiernan las interacciones de las partículas más pequeñas.

Parte del interés en el desarrollo de sistemas cuánticos proviene de una regla de la mecánica cuántica que establece que medir una partícula cuántica altera su estado. Los científicos creen que un sistema cuántico podría ser virtualmente imposible de piratear porque, si alguien intenta mirar una transmisión, estaría perturbado, la información destruida, y los remitentes alertados.

Los sistemas cuánticos que se están desarrollando en Fermilab y Argonne eventualmente aprovecharán un enlace subterráneo construido por primera vez en la década de 1980 para probar la transferencia de datos. Los cables de fibra óptica aún están intactos y son funcionales, dijeron los científicos.

La forma en que funciona la red cuántica es "entrelazando" partículas, otra peculiaridad de la mecánica cuántica que dice que puede vincular dos (o más) partículas para que estén en un estado compartido, y lo que sea que le suceda a una afecta a la otra, incluso si están a millas de distancia en ese momento.

Por tanto, si los científicos comparten un par de partículas entrelazadas entre dos ubicaciones, la información cuántica se puede transmitir, incluso si las ubicaciones están muy separadas y no tienen una conexión física entre ellas. Si bien la información cuántica ha sido "teletransportada, "no se transporta ningún objeto.

Hasta aquí, sistemas como estos han sido probados en laboratorios y a pequeña escala. Incluso unos pocos kilómetros de distancia han sido un desafío, Dado que las partículas enredadas no deben interactuar de ninguna manera con su entorno, y los científicos deben superar cualquier pérdida de fotones emitidos por las partículas y coordinar con precisión la sincronización de sus transmisiones.

"Realizar la teletransportación de información a través de distancias del mundo real a muchas millas de distancia nos permite identificar problemas prácticos involucrados en el funcionamiento de una red cuántica:cuáles son los desafíos tecnológicos, qué tan segura es la comunicación, y cuáles son los límites para transportar información de esta manera, "Dijo Awschalom.

"Existen bancos de pruebas cuánticas de escala similar en todo el mundo. Pero la mayoría de ellos se basan en fotones entrelazados (partículas de luz) para teletransportar información. Nuestro banco de pruebas es único en eso, por primera vez, empujamos hacia una arquitectura de estado sólido donde las partículas cuánticas atrapadas en los sólidos se utilizan como portadores de información, "dijo Tian Zhong, profesor asistente de ingeniería molecular en la Universidad de Chicago y científico en Argonne, quien es co-investigador principal del proyecto.

En Fermilab, La profesora Shang-Yi Ch'en de Física en Caltech Maria Spiropulu está construyendo actualmente una red cuántica en el sitio con sus socios AT&T y Jet Propulsion Laboratory. Comenzaron este esfuerzo en 2017, y un año después, Spiropulu y su equipo han desplegado la red dentro de Fermilab y están trabajando en el desarrollo de dispositivos mejorados para la distribución de entrelazados a larga distancia. Su objetivo es eventualmente extender esa red para formar parte del enlace Fermilab-Argonne más grande.

"La conexión en red de dispositivos cuánticos es importante para escalar la computación cuántica y diseñar sistemas de comunicación híbridos hacia una Internet mejorada cuánticamente". ", Dijo Spiropulu." Se necesitará una colaboración deliberada entre los laboratorios de investigación del gobierno, academia, industria y fundaciones para llegar allí. El programa Chicago Quantum Exchange catalizará el progreso en todas estas áreas ".

Del 8 al 9 de noviembre, científicos de Argonne, Fermilab y UChicago se unirán a la industria, líderes académicos y gubernamentales en el campo para la Cumbre Cuántica de Chicago, un programa que explora el futuro de la informática cuántica y la ciencia de la información.

Un evento público en la ciudad de Chicago titulado "Ingeniería cuántica:la próxima carrera armamentista técnica, "con una conversación entre Awschalom y Hartmut Neven, director del Laboratorio de Inteligencia Artificial Cuántica de Google, se llevará a cabo como parte de la cumbre.

El trabajo en el desarrollo de la red cuántica Argonne-Fermilab cuenta con el apoyo de la Oficina de Ciencias del DOE.