Si bien las computadoras cuánticas representan una revolución en la computación, no pueden comunicarse entre sí de la misma manera que lo hacen las computadoras normales:a través de Internet. Si las computadoras cuánticas pudieran conectarse a través de una red cuántica, podrían facilitar una comunicación perfectamente segura entre más de dos partes o combinar el poder de cómputo para resolver problemas mucho más difíciles de lo que una computadora cuántica podría resolver por sí sola.

En una sesión invitada en la reunión de marzo de la American Physical Society, dos físicos de Chicago Quantum Exchange adoptaron diferentes enfoques para abordar un obstáculo central para la implementación de redes cuánticas terrestres a gran escala:la distancia entre los nodos está limitada por la distancia a la que se encuentra una señal cuántica. puede viajar a través de fibra óptica.

Una solución para amplificar y prevenir la pérdida de datos

Liang Jiang, profesor de la Universidad de Chicago, se centró en la solución más buscada:un repetidor cuántico. Los repetidores cuánticos se colocarían entre los nodos de una red para regenerar la señal cuántica para que pueda viajar distancias más largas. Nadie ha demostrado aún un repetidor cuántico exitoso, aunque "hay un progreso significativo en esta dirección", según Jiang.

Además de regenerar la señal, los repetidores cuánticos también podrían evitar la pérdida de datos en largas distancias mediante la corrección de errores. Los códigos de corrección de errores son comunes en las redes clásicas, como Bluetooth y WiFi, donde controlan los errores que ocurren naturalmente en los datos cuando una señal los transporta de un dispositivo a otro.

Pero los sistemas cuánticos son extremadamente propensos a errores debido a la naturaleza sensible de sus estados cuánticos, por lo que la corrección de errores es un área de estudio amplia e importante en el campo de la tecnología cuántica.

"Hay dos preguntas importantes que hacer, desde la perspectiva de la teoría", dijo Jiang. "Primero, ¿cuál es la cantidad máxima de información cuántica que se puede transmitir a través de un canal de fibra ruidoso? Segundo, supongamos que conocemos ese límite. ¿Podemos lograrlo con un buen diseño de código de corrección de errores cuánticos?"

Además de las estrategias para la corrección de errores cuánticos en los repetidores cuánticos, así como sus eficiencias previstas, Jiang compartió otra aplicación de las redes cuánticas:los centros de datos cuánticos (QDC), donde los usuarios de una red cuántica pueden acceder a una base de datos clásica con fines de análisis cuántico. informática. El dispositivo necesario para recuperar datos clásicos de una base de datos como bits cuánticos, llamado memoria cuántica de acceso aleatorio (QRAM, por sus siglas en inglés), probablemente sería extremadamente costoso, pero Jiang considera que los QDC son una solución.

"Podríamos querer usar QRAM como un servidor cuántico, conectándonos a los usuarios a través de una red cuántica", dijo Jiang. "Todos los usuarios individuales pueden consultar la base de datos a través de la red cuántica sin necesidad de tener un QRAM de su lado. Esto podría compartir el costo de un dispositivo tan costoso".

Llevando las redes cuánticas al aire y más allá

Para Paul Kwiat, profesor de física de Bardeen en la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, una solución al problema de la pérdida de señal de fibra óptica podría ser sacar la red cuántica del suelo y llevarla al aire, a través de drones o incluso al espacio. con satélites.

"Por el momento, prácticamente solo tenemos redes de fibra locales, con muy pocas excepciones", dijo Kwiat. "Y tengo esta visión de hacia dónde nos gustaría avanzar:una situación que es mucho más heterogénea, donde tenemos conexiones entre todo tipo de plataformas... utilizando satélites, conectándonos a vehículos aéreos, drones, camiones o barcos". Señaló que la pérdida de señal es mucho más lenta a través del espacio libre que a través de las fibras ópticas, lo que significa que una señal cuántica puede transmitirse a una distancia mayor.

Hay muchas ventajas en una red cuántica "móvil" de este tipo, donde los nodos son fáciles de reposicionar. Algunos son científicos, como la realización de sensores cuánticos a gran escala o el estudio de fenómenos cuánticos en diferentes marcos de inercia para probar la relación entre la mecánica cuántica y la relatividad. Algunos son más prácticos:el uso de vehículos aéreos como nodos para la comunicación cuántica donde las conexiones de fibra no son una opción, como en los barcos navales en el océano.

Una red cuántica entre satélites en el espacio permitiría realizar aún más pruebas de la mecánica cuántica fundamental, con mayores distancias y velocidades que las posibles en la Tierra, y en regiones con efectos gravitacionales cambiantes.

El año pasado, la NASA ayudó a financiar un proyecto liderado por EE. UU. llamado Space Entanglement and Annealing Quantum Experiment (SEAQUE), que pondrá a prueba las tecnologías de comunicación cuántica en órbita. Será la primera carga útil de ciencia de la información cuántica en un módulo de estación espacial comercial:Nanoracks Bishop Airlock, que está adjunto a la Estación Espacial Internacional. También será la primera "fuente de guía de ondas óptica integrada" volada, que es más eficiente que los experimentos cuánticos similares anteriores, ya que no hay piezas móviles que requieran una realineación regular. Actualmente, SEAQUE está programado para lanzarse en la primavera de 2023.

El grupo de Kwiat, que lidera el proyecto, es responsable de la carga útil óptica y el tablero de control de SEAQUE; otros elementos están siendo proporcionados por instituciones en los EE. UU., Canadá y Singapur.

“Estoy emocionado porque es un experimento cuántico trinacional en el espacio”, dijo Kwiat. "Ha sido muy divertido". + Explora más

Memoria de computadora cuántica tolerante a fallas en diamante