¿Cómo transferir información cuántica de manera confiable cuando los canales de conexión se ven afectados por un ruido perjudicial? Científicos de la Universidad de Innsbruck y TU Wien (Viena) han presentado nuevas soluciones a este problema.

Hoy en día nos comunicamos a través de señales de radio y enviamos pulsos eléctricos a través de cables largos. Esto podría cambiar pronto sin embargo:los científicos han estado trabajando intensamente en el desarrollo de métodos para la transferencia de información cuántica. Esto permitiría la transferencia de datos a prueba de golpes o, Un día, incluso la vinculación de las computadoras cuánticas.

La transferencia de información cuántica requiere una transferencia de información confiable de un sistema cuántico a otro, que es extremadamente difícil de lograr. Independientemente, dos equipos de investigación, uno en la Universidad de Innsbruck y el otro en TU Wien (Viena), han desarrollado un nuevo protocolo de comunicación cuántica. Este protocolo permite una comunicación cuántica fiable incluso en presencia de ruido contaminante. Ambos grupos de investigación trabajan con el mismo concepto básico:hacer que el protocolo sea inmune al ruido, agregan un elemento adicional, un llamado oscilador cuántico, en ambos extremos del canal cuántico.

Transferencia de datos confiable

Los científicos han realizado experimentos de comunicación cuántica durante mucho tiempo. “Los investigadores presentaron un protocolo de teletransportación cuántica ya en la década de 1990. Permite transferir el estado de un sistema cuántico a otro mediante el uso de fotones ópticos, "dice Benoit Vermersch, Postdoctorado en el grupo de Peter Zoller en la Universidad de Innsbruck. Esto también funciona a grandes distancias, pero hay que aceptar que muchos de los fotones se pierden y solo una pequeña fracción llega al detector.

"Nuestro objetivo era encontrar una forma de transferir de forma fiable un estado cuántico de un lugar a otro sin tener que hacerlo varias veces para que funcione". "explica Peter Rabl del Atominstitut, TU Wien.

Qubits superconductores, en particular, son elementos prometedores para las futuras tecnologías cuánticas. Son pequeños circuitos que pueden asumir dos estados diferentes al mismo tiempo. A diferencia de los interruptores de luz convencionales que se pueden encender o apagar, las leyes de la física cuántica permiten que un qubit asuma cualquier combinación de estos estados, que se llama superposición cuántica.

Para transferir este estado cuántico de un qubit superconductor a otro se requieren fotones de microondas, que ya se utilizan para la transferencia de señal clásica. La transferencia confiable de información cuántica a través de un régimen de microondas se ha considerado imposible, ya que el ruido térmico constante se superpone completamente a la señal cuántica más débil.

Nuevo protocolo de transferencia

Los dos grupos de investigación han demostrado ahora que estos obstáculos no son imposibles de superar como se suponía anteriormente. En colaboración con equipos de Harvard y Yale (EE. UU.) Han podido desarrollar un protocolo de transferencia que es inmune al inevitable ruido.

“Nuestro enfoque es agregar otro sistema cuántico, un oscilador de microondas, como mediador en ambos extremos del protocolo para acoplar los qubits en lugar de acoplarlos directamente al canal de microondas o guía de ondas, "explica Rabl.

"No podemos evitar el ruido térmico que se desarrolla en el canal cuántico, ", dice Benoit Vermersch." Lo importante es que este ruido afecta a ambos osciladores en ambos extremos de la misma manera. Por lo tanto, somos capaces de separar exactamente el efecto perjudicial del ruido de la señal cuántica más débil mediante un acoplamiento preciso a la guía de ondas ".

"Según nuestros cálculos, podemos conectar qubits a más de varios cientos de metros con este protocolo, ", dice Peter Rabl." Aún tendríamos que enfriar los canales, pero a largo plazo será tecnológicamente factible conectar edificios o incluso ciudades de una manera física cuántica a través de canales de microondas ".