Destellos de lo que puede convertirse en una nueva tecnología transformadora están recorriendo una red de fibras ópticas debajo de Chicago.

Los investigadores han creado una de las redes más grandes del mundo para compartir información cuántica, un campo de la ciencia que depende de paradojas tan extrañas que Albert Einstein no las creía.

La red, que conecta la Universidad de Chicago con el Laboratorio Nacional Argonne en Lemont, es una versión rudimentaria de lo que los científicos esperan que algún día se convierta en la Internet del futuro. Por ahora, está abierto a empresas e investigadores para probar los fundamentos del intercambio de información cuántica.

La red fue anunciada esta semana por Chicago Quantum Exchange, que también involucra al Fermi National Accelerator Laboratory, la Universidad Northwestern, la Universidad de Illinois y la Universidad de Wisconsin.

Con una inversión federal de $500 millones en los últimos años y $200 millones del estado, Chicago, Urbana-Champaign y Madison forman una región líder para la investigación de información cuántica.

¿Por qué le importa esto a la persona promedio? Porque la información cuántica tiene el potencial de ayudar a resolver problemas que actualmente no tienen solución, amenazar y proteger la información privada y conducir a avances en la agricultura, la medicina y el cambio climático.

Mientras que la computación clásica usa bits de información que contienen un 1 o un cero, los bits cuánticos, o qubits, son como una moneda lanzada al aire:contienen tanto un 1 como un cero, que se determinarán una vez que se observen.

Esa cualidad de estar en dos o más estados a la vez, llamada superposición, es una de las muchas paradojas de la mecánica cuántica:cómo se comportan las partículas a nivel atómico y subatómico. También es una ventaja potencialmente crucial, porque puede manejar problemas exponencialmente más complejos.

Otro aspecto clave es la propiedad de entrelazamiento, en la que los qubits separados por grandes distancias aún pueden correlacionarse, por lo que una medición en un lugar revela una medición lejana.

La red de Chicago recientemente ampliada, creada en colaboración con Toshiba, distribuye partículas de luz, llamadas fotones. Intentar interceptar los fotones los destruye junto con la información que contienen, lo que hace que sea mucho más difícil de piratear.

La nueva red permite a los investigadores "empujar los límites de lo que actualmente es posible", dijo el profesor de la Universidad de Chicago David Awschalom, director de Chicago Quantum Exchange.

Sin embargo, los investigadores deben resolver muchos problemas prácticos antes de que la computación cuántica y las redes sean posibles a gran escala.

Por ejemplo, los investigadores de Argonne están trabajando en la creación de una "fundición" donde se podrían forjar qubits confiables. Un ejemplo es una membrana de diamante con pequeños bolsillos para contener y procesar qubits de información. Los investigadores de Argonne también crearon un qubit congelando neón para contener un solo electrón.

Debido a que los fenómenos cuánticos son extremadamente sensibles a cualquier perturbación, también podrían usarse como pequeños sensores para aplicaciones médicas o de otro tipo, pero también tendrían que hacerse más duraderos.

La red cuántica se lanzó en Argonne en 2020, pero ahora se expandió a Hyde Park y se abrió para que la usen empresas e investigadores para probar nuevos dispositivos de comunicación, protocolos de seguridad y algoritmos. Cualquier empresa que dependa de información segura, como registros financieros de bancos o registros médicos de hospitales, podría utilizar dicho sistema.

Las computadoras cuánticas, mientras están en desarrollo ahora, algún día podrán realizar cálculos mucho más complejos que las computadoras actuales, como el plegamiento de proteínas, lo que podría ser útil en el desarrollo de medicamentos para tratar enfermedades como el Alzheimer.

Además de impulsar la investigación, el campo cuántico está estimulando el desarrollo económico de la región. Una empresa de hardware, EeroQ, anunció en enero que trasladará su sede a Chicago. Recientemente se adquirió otra empresa local de software, Super.tech, y varias otras se están iniciando en la región.

Debido a que la computación cuántica podría usarse para piratear el cifrado tradicional, también ha atraído la atención bipartidista de los legisladores federales. La Ley de Iniciativa Cuántica Nacional fue promulgada por el presidente Donald Trump en 2018 para acelerar el desarrollo cuántico con fines de seguridad nacional.

En mayo, el presidente Joe Biden ordenó a la agencia federal que migrara a la criptografía cuántica resistente en sus sistemas de inteligencia y defensa más críticos.

Irónicamente, los problemas matemáticos básicos, como 5+5=10, son algo difíciles a través de la computación cuántica. Es probable que la información cuántica se utilice para aplicaciones de alto nivel, mientras que la informática clásica probablemente seguirá siendo práctica para muchos usos diarios.

El renombrado físico Einstein se burló de las paradojas e incertidumbres de la mecánica cuántica, diciendo que Dios no "juega a los dados" con el universo. Pero se ha demostrado que las teorías cuánticas son correctas en aplicaciones que van desde la energía nuclear hasta las resonancias magnéticas.

Stephen Gray, científico sénior de Argonne, que trabaja en algoritmos para ejecutarse en computadoras cuánticas, dijo que el trabajo cuántico es muy difícil y que nadie lo entiende por completo.

Pero ha habido desarrollos significativos en el campo durante los últimos 30 años, lo que llevó a lo que algunos científicos llamaron en broma Quantum 2.0, y se esperan avances prácticos durante la próxima década.

"Apostamos a que en los próximos cinco a 10 años habrá una verdadera ventaja cuántica (sobre la computación clásica)", dijo Gray. "Aún no hemos llegado. Algunos detractores agitan sus bastones y dicen que nunca va a suceder. Pero estamos seguros".

Así como los primeros trabajos en computadoras convencionales eventualmente llevaron a los teléfonos celulares, es difícil predecir a dónde conducirá la investigación cuántica, dijo Brian DeMarco, profesor de física en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, quien trabaja con Chicago Quantum Exchange.

"Es por eso que es un momento emocionante", dijo. "Las aplicaciones más importantes aún están por descubrir". + Explora más

Programación informática cuántica para tontos

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