En un estudio reciente publicado en Naturaleza , Los investigadores del ICFO dirigidos por el profesor ICREA Hugues de Riedmatten informan sobre un enlace de red cuántica "híbrida" elemental y demuestran la comunicación cuántica fotónica entre dos nodos cuánticos distintos colocados en diferentes laboratorios. utilizando un solo fotón como portador de información.

Hoy dia, Las redes de información cuántica están aumentando para convertirse en una tecnología disruptiva que proporcionará capacidades radicalmente nuevas para el procesamiento y la comunicación de la información. Investigaciones recientes sugieren que esta revolución de la red cuántica podría estar a la vuelta de la esquina.

Los elementos clave de una red de información cuántica son los nodos cuánticos de procesamiento de información compuestos por sistemas de materia como gases atómicos fríos o sólidos dopados. y partículas comunicantes, principalmente fotones. Si bien los fotones parecen ser portadores de información perfectos, todavía hay incertidumbre sobre qué sistema de materia podría usarse como nodo de red, ya que cada sistema proporciona diferentes funcionalidades. Por lo tanto, se ha propuesto la implementación de una red híbrida, buscando combinar las mejores capacidades de diferentes sistemas de materiales.

Estudios anteriores han documentado transferencias confiables de información cuántica entre nodos idénticos, pero esta es la primera vez que esto se logra con una red "híbrida" de nodos. Los investigadores del ICFO han desarrollado una solución y han resuelto el desafío de una transferencia confiable de estados cuánticos entre diferentes nodos cuánticos a través de fotones individuales. Un solo fotón necesita interactuar fuertemente y en un ambiente libre de ruido con los nodos heterogéneos o sistemas de materia, que generalmente funcionan en diferentes longitudes de onda y anchos de banda. Como dice Nicolas Maring, "es como tener nodos hablando en dos idiomas diferentes. Para que se comuniquen, es necesario convertir las propiedades de un solo fotón para que pueda transferir eficientemente toda la información entre estos diferentes nodos ".

¿Cómo resolvieron el problema?

En su estudio, Los investigadores del ICFO utilizaron dos nodos cuánticos muy distintos:el nodo emisor era una nube de átomos de rubidio enfriada por láser y el nodo receptor un cristal dopado con iones de praseodimio. Del gas frío, generaron un bit cuántico (qubit) codificado en un solo fotón con un ancho de banda muy estrecho y una longitud de onda de 780 nm. Luego convirtieron el fotón a la longitud de onda de 1552 nm para demostrar que esta red podría ser completamente compatible con el rango actual de la banda C de telecomunicaciones. Después, lo enviaron a través de una fibra óptica de un laboratorio a otro. Una vez en el segundo laboratorio, La longitud de onda del fotón se convirtió a 606 nm para interactuar correctamente y transferir el estado cuántico al nodo de cristal dopado receptor. Al interactuar con el cristal, el qubit fotónico se almacenó en el cristal durante aproximadamente 2,5 microsegundos y se recuperó con muy alta fidelidad.

Los resultados del estudio muestran que dos sistemas cuánticos muy diferentes pueden conectarse y comunicarse mediante un solo fotón. El profesor ICREA en ICFO Hugues de Riedmatten dice:"Poder conectar nodos cuánticos con funcionalidades y capacidades muy diferentes y transmitir bits cuánticos mediante fotones individuales entre ellos representa un hito importante en el desarrollo de redes cuánticas híbridas". La capacidad de realizar una conversión de ida y vuelta de qubits fotónicos en la longitud de onda de la banda C de telecomunicaciones muestra que estos sistemas serían completamente compatibles con las redes de telecomunicaciones actuales.

Ventajas de las redes de información cuánticas frente a las clásicas

La World Wide Web se desarrolló en la década de 1980, con información que fluye a través de la red mediante bits procesados ​​y modulados por circuitos electrónicos y chips y transmitidos por pulsos de luz que mueven la información a través de la red con mínimas pérdidas de señal a través de fibras ópticas.

En lugar de usar los bits clásicos, Las redes de información cuántica procesarían y almacenarían información cuántica a través de bits cuánticos o "qubits". Mientras que los bits pueden ser ceros o unos, los qubits existen en una superposición de estos dos estados. En una red cuántica, son generados y procesados ​​por sistemas de materia cuántica, p.ej. gases atómicos fríos, sólidos dopados u otros sistemas. Al contrario de las redes clásicas, La información cuántica se transfiere entre los nodos utilizando fotones individuales en lugar de fuertes pulsos de luz.

Las redes de información cuántica (que consisten en nodos cuánticos de materia y canales de comunicación cuántica) abrirán una nueva vía de tecnologías disruptivas, habilitando, por ejemplo, transmisión de datos perfectamente segura, procesamiento de datos mejorado a través de computación cuántica distribuida o aplicaciones avanzadas de sincronización de reloj, entre otros.