Una Internet cuántica viable, una red en la que la información almacenada en qubits se comparte a largas distancias a través del entrelazamiento, transformaría los campos del almacenamiento de datos, la detección de precisión y la informática, dando paso a una nueva era de la comunicación.
Este mes, los científicos de Fermilab, un laboratorio nacional de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de EE. UU., Y sus socios dieron un paso significativo en la dirección de la realización de una Internet cuántica.
En un artículo publicado en PRX Quantum, el equipo presenta por primera vez una demostración de una teletransportación sostenida de larga distancia (44 kilómetros de fibra) de qubits de fotones (cuantos de luz) con una fidelidad superior al 90%. Los qubits se teletransportaron a través de una red de fibra óptica utilizando detectores de fotón único de última generación y equipos listos para usar.
“Estamos encantados con estos resultados”, dijo el científico del Fermilab Panagiotis Spentzouris, director del programa de ciencia cuántica del Fermilab y uno de los coautores del artículo. “Este es un logro clave en el camino hacia la construcción de una tecnología que redefinirá la forma en que llevamos a cabo la comunicación global”.
En una demostración de teletransportación cuántica de alta fidelidad en Fermilab Quantum Network, los cables de fibra óptica conectan dispositivos listos para usar (mostrados arriba), así como dispositivos de I + D de última generación. Crédito: Fermilab
La teletransportación cuántica es una transferencia “incorpórea” de estados cuánticos de un lugar a otro. La teletransportación cuántica de un qubit se logra mediante el entrelazamiento cuántico, en el que dos o más partículas están indisolublemente unidas entre sí. Si un par de partículas entrelazadas se comparte entre dos ubicaciones separadas, sin importar la distancia entre ellas, la información codificada se teletransporta.
El equipo conjunto: investigadores de Fermilab, AT&T, Caltech, Universidad de Harvard, NASA Jet Propulsion Laboratory y University of Calgary: teletransportó con éxito qubits en dos sistemas: Caltech Quantum Network, o CQNET, y Fermilab Quantum Network, o FQNET. Los sistemas fueron diseñados, construidos, puestos en servicio e implementados por el programa de investigación público-privado de Caltech sobre tecnologías y redes cuánticas inteligentes, o IN-Q-NET.
“Estamos muy orgullosos de haber logrado este hito en sistemas de teletransportación cuántica escalables, de alto rendimiento y sostenibles”, dijo Maria Spiropulu, profesora de física Shang-Yi Ch’en en Caltech y directora del programa de investigación IN-Q-NET. “Los resultados mejorarán aún más con las actualizaciones del sistema que esperamos completar para el segundo trimestre de 2021”.
CQNET y FQNET, que cuentan con procesamiento de datos casi autónomo, son compatibles tanto con la infraestructura de telecomunicaciones existente como con los dispositivos de almacenamiento y procesamiento cuántico emergentes. Los investigadores los están utilizando para mejorar la fidelidad y la tasa de distribución de entrelazamiento, con énfasis en los complejos protocolos de comunicación cuántica y la ciencia fundamental.
El logro se produce solo unos meses después de que el Departamento de Energía de EE. UU. Dio a conocer su plan para una Internet cuántica nacional en una conferencia de prensa en Chicago.
“Con esta demostración estamos comenzando a sentar las bases para la construcción de una red cuántica metropolitana en el área de Chicago”, dijo Spentzouris. La red de Chicagoland, llamada Illinois Express Quantum Network, está siendo diseñada por Fermilab en colaboración con Argonne National Laboratory, Caltech, Northwestern University y socios de la industria.
Esta investigación fue apoyada por la Oficina de Ciencias del DOE a través del programa Quantum Information Science-Enabled Discovery (QuantISED).
“La hazaña es un testimonio del éxito de la colaboración entre disciplinas e instituciones, que impulsa gran parte de lo que logramos en ciencia”, dijo el Director Adjunto de Investigación de Fermilab, Joe Lykken. “Felicito al equipo de IN-Q-NET y a nuestros socios en la academia y la industria por este logro único en su tipo en teletransportación cuántica”.
Referencia: “Sistemas de teletransportación hacia una Internet cuántica” por Raju Valivarthi, Samantha I. Davis, Cristián Peña, Si Xie, Nikolai Lauk, Lautaro Narváez, Jason P. Allmaras, Andrew D. Beyer, Yewon Gim, Meraj Hussein, George Iskander, Hyunseong Linus Kim, Boris Korzh, Andrew Mueller, Mandy Rominsky, Matthew Shaw, Dawn Tang, Emma E. Wollman, Christoph Simon, Panagiotis Spentzouris, Daniel Oblak, Neil Sinclair y Maria Spiropulu, 4 de diciembre de 2020, PRX Quantum.
DOI: 10.1103 / PRXQuantum.1.020317
