Un equipo de investigadores de QuTech en los Países Bajos informa sobre la realización de la primera red cuántica de múltiples nodos, conectando tres procesadores cuánticos. Además, lograron una demostración de prueba de principio de protocolos clave de redes cuánticas. Sus hallazgos marcan un hito importante hacia la futura Internet cuántica y ahora se han publicado en Ciencias .

El poder de Internet es que permite que dos computadoras en la Tierra se conecten. Hoy dia, Los investigadores de muchos laboratorios de todo el mundo están trabajando hacia las primeras versiones de una Internet cuántica, una red que puede conectar dos dispositivos cuánticos. como computadoras cuánticas o sensores, a grandes distancias. Mientras que Internet de hoy distribuye información en bits que pueden ser 0 o 1, una futura Internet cuántica hará uso de bits cuánticos que pueden ser 0 y 1 al mismo tiempo.

"Una Internet cuántica abrirá una gama de aplicaciones novedosas, desde comunicaciones imposibles de piratear y computación en la nube con total privacidad del usuario hasta cronometraje de alta precisión, "dice Matteo Pompili, Doctor. estudiante y miembro del equipo de investigación. "Y al igual que con Internet hace 40 años, probablemente hay muchas aplicaciones que no podemos prever en este momento ".

Hacia una conectividad ubicua

Los primeros pasos hacia una Internet cuántica se dieron en la última década al vincular dos dispositivos cuánticos que compartían un vínculo físico directo. Sin embargo, poder transmitir información cuántica a través de nodos intermedios (análogos a los enrutadores en la Internet clásica) es esencial para crear una red cuántica escalable. Además, Muchas aplicaciones de Internet cuánticas prometedoras se basan en bits cuánticos entrelazados distribuidos entre múltiples nodos. El entrelazamiento es un fenómeno observado a escala cuántica, fundamentalmente conectando partículas a pequeñas e incluso a grandes distancias. Proporciona a las computadoras cuánticas su enorme poder computacional y es el recurso fundamental para compartir información cuántica a través de la futura Internet cuántica. Al darse cuenta de su red cuántica en el laboratorio, un equipo de investigadores de QuTech, una colaboración entre la Universidad Tecnológica de Delft y TNO, es el primero en haber conectado dos procesadores cuánticos a través de un nodo intermedio y en haber establecido un entrelazamiento compartido entre múltiples procesadores cuánticos independientes.

Operando la red cuántica

La red cuántica rudimentaria consta de tres nodos cuánticos, a cierta distancia dentro del mismo edificio. Para que estos nodos funcionen como una verdadera red, los investigadores tuvieron que inventar una arquitectura novedosa que permita escalar más allá de un solo enlace. El nodo del medio (llamado Bob) tiene una conexión física con ambos nodos externos (llamados Alice y Charlie), permitiendo que se establezcan vínculos de entrelazamiento con cada uno de estos nodos. Bob está equipado con un bit cuántico adicional que se puede usar como memoria, permitiendo que un enlace cuántico generado previamente se almacene mientras se establece un nuevo enlace. Después de establecer los vínculos cuánticos Alice-Bob y Bob-Charlie, un conjunto de operaciones cuánticas en Bob convierte estos enlaces en un enlace cuántico Alice-Charlie. Alternativamente, al realizar un conjunto diferente de operaciones cuánticas en Bob, Se establece el entrelazamiento entre los tres nodos.

Listo para uso posterior

Una característica importante de la red es que anuncia la finalización satisfactoria de estos protocolos (intrínsecamente probabilísticos) con una señal de "bandera". Este anuncio es crucial para la escalabilidad, como en una futura Internet cuántica, muchos de estos protocolos deberán concatenarse. "Una vez establecido, pudimos preservar los estados entrelazados resultantes, protegiéndolos del ruido, "dice Sophie Hermans, otro miembro del equipo. "Esto significa que, en principio, podemos usar estos estados para la distribución de claves cuánticas, un cálculo cuántico o cualquier otro protocolo cuántico posterior ".

Demostrador cuántico de internet

Esta primera red cuántica basada en entrelazamientos proporciona a los investigadores un banco de pruebas único para desarrollar y probar hardware cuántico de Internet. software y protocolos. "La futura Internet cuántica consistirá en innumerables dispositivos cuánticos y nodos intermedios, "dice Ronald Hanson, quien dirigió el equipo de investigación. "Los colegas de QuTech ya están analizando la compatibilidad futura con las infraestructuras de datos existentes". A su debido tiempo, El enfoque actual de prueba de principio se probará fuera del laboratorio en fibra de telecomunicaciones existente, en el Demostrador de Internet Quantum de QuTech, de los cuales el primer enlace metropolitano está programado para completarse en 2022.

Capas de nivel superior

En el laboratorio, los investigadores se centrarán en agregar más bits cuánticos a su red de tres nodos y en agregar capas de software y hardware de nivel superior. Pompili:"Una vez que se hayan desarrollado todas las capas de interfaz y control de alto nivel para ejecutar la red, cualquiera podrá escribir y ejecutar una aplicación de red sin necesidad de comprender cómo funcionan los láseres y los criostatos. Ese es el objetivo final ".