Espa?a adelanta a China en uno de los mayores problemas de comunicaci¨®n cu¨¢ntica

Investigadores radicados en Espa?a han adelantado a China en uno de los problemas m¨¢s complejos para establecer redes de comunicaci¨®n cu¨¢ntica imposibles de espiar ni piratear.

Desde hace a?os, China, EE UU y Europa compiten por ser los primeros en alcanzar la supremac¨ªa cu¨¢ntica, un amplio t¨¦rmino que supone la creaci¨®n de ordenadores con una rapidez y poder de c¨¢lculo muy superior a los actuales conectados por una red de comunicaci¨®n inexpugnable.

El a?o pasado China cre¨® un ordenador cu¨¢ntico que desbanc¨® al fabricado por Google y resolvi¨® en poco m¨¢s de tres minutos un problema matem¨¢tico que un ordenador normal tardar¨ªa en solucionar unos 2.500 millones de a?os.

China es tambi¨¦n l¨ªder en comunicaci¨®n cu¨¢ntica, que consiste en enviar claves para descifrar mensajes secretos usando las asombrosas propiedades de las part¨ªculas de luz: los fotones. Estas part¨ªculas microsc¨®picas pueden estar entrelazadas entre s¨ª, con lo que est¨¢n en el mismo estado aunque las separen miles o millones de kil¨®metros. Mandar mensajes con fotones entrelazados es posiblemente el modo de comunicaci¨®n m¨¢s seguro: si un esp¨ªa intenta entrar en el sistema los fotones rompen su enlace, el mensaje cifrado se pierde y salta la alarma de que ha habido una intrusi¨®n. La supremac¨ªa cu¨¢ntica es un objetivo estrat¨¦gico tanto para pa¨ªses que quieran transmitir mensajes secretos como para empresas que manejan datos sensibles de miles de millones de personas.

China tiene un ordenador cu¨¢ntico que resolvi¨® en poco m¨¢s de tres minutos un problema matem¨¢tico que un ordenador normal tardar¨ªa en solucionar unos 2.500 millones de a?os

El verano pasado, China transmiti¨® una clave cu¨¢ntica desde el espacio a dos estaciones terrestres separadas por m¨¢s de 1.000 kil¨®metros, 10 veces m¨¢s distancia de lo que se hab¨ªa conseguido hasta el momento. Fue uno de los mayores triunfos para Jian Wei-Pan, el responsable del sistema de comunicaci¨®n cu¨¢ntica chino. Jian se form¨® en la Universidad de Austria a finales de los noventa antes de regresar a su pa¨ªs para poner en marcha el desarrollo de esta tecnolog¨ªa. El concepto de la comunicaci¨®n cu¨¢ntica se acu?¨® en Europa y aqu¨ª es donde se hicieron los primeros experimentos fundamentales, pero desde hace a?os China est¨¢ invirtiendo grandes sumas de dinero para dominar esta tecnolog¨ªa.

Hoy, un grupo de investigadores del Instituto de Ciencias Fot¨®nicas de Catalu?a (ICFO) le gana una peque?a gran batalla al gigante asi¨¢tico. Uno de los mayores problemas sin resolver de la comunicaci¨®n cu¨¢ntica es que la fibra ¨®ptica no puede transmitir pares de fotones entrelazados a m¨¢s de 100 kil¨®metros. La se?al se pierde. Para poder ampliar el rango hay que fabricar repetidores, una cuesti¨®n trivial en telecomunicaciones convencionales pero endiablada cuando se trata de la cu¨¢ntica, pues hay que almacenar los fotones en memorias cu¨¢nticas hechas de cristales cuyos ¨¢tomos pueden conservar durante un tiempo la part¨ªcula entrelazada en su interior.

El equipo dirigido por Hugues de Riedmatten, del ICFO, demuestra en un art¨ªculo publicado en la portada de la prestigiosa revista Nature el almacenamiento de dos fotones entrelazados en dos memorias cu¨¢nticas que estaban a 10 metros de distancia. El estudio supone una prueba de concepto clave, pues los investigadores han usado fotones con unas propiedades que permitir¨ªan enviar mensajes cu¨¢nticos usando la fibra ¨®ptica convencional que ya emplea internet. Adem¨¢s son los primeros en demostrar que su comunicaci¨®n tiene hasta 60 modos diferentes de almacenar los fotones, un hito clave en el campo.

¡°Este trabajo es la demostraci¨®n de un primer paso hacia un repetidor cu¨¢ntico¡±, explica Riedmatten. Las memorias almacenan el fot¨®n durante apenas 25 millon¨¦simas de segundo, suficiente para demostrar que podr¨ªa establecerse una red de repetidores viable trabajando con part¨ªculas que viajan a la velocidad de la luz.

Samuele Grandi, otro miembro del equipo, explica que ya est¨¢n preparando un experimento similar entre una memoria cu¨¢ntica localizada en el ICFO, con sede en Castelldefels, y otra en la ciudad de Barcelona, a 35 kil¨®metros.

Hoy mismo, un equipo chino publica un estudio muy similar en la misma revista donde describen sus propios repetidores cu¨¢nticos que han sido capaces de almacenar dos fotones entrelazados, pero a apenas tres metros de distancia el uno del otro. El trabajo lo lideran investigadores del laboratorio estatal de informaci¨®n cu¨¢ntica de la Universidad de Ciencia y Tecnolog¨ªa de China, de la que Jian es vicepresidente.

¡°Este es un paso muy importante hacia una primera red de comunicaci¨®n cu¨¢ntica terrestre¡±, reconoce Juan Jos¨¦ Garc¨ªa-Ripoll, experto en comunicaci¨®n cu¨¢ntica del Consejo Superior de Investigaciones Cient¨ªficas. El estudio del equipo espa?ol ¡°tiene una aplicaci¨®n inmediata¡±, dice Garc¨ªa-Ripoll: ¡°Crear la primera red cu¨¢ntica metropolitana usando fibra ¨®ptica comercial¡±.

Jelena Rakonjac, otra de las autoras del estudio del ICFO, explica que este futuro internet cu¨¢ntico no sustituir¨¢ al actual, sino que lo complementar¨¢. Las redes de comunicaci¨®n cu¨¢ntica servir¨¢n para transmitir las claves que permitan descifrar mensajes encriptados transmitidos de forma convencional. Si alguien intenta penetrar en las memorias cu¨¢nticas para espiar, la clave desaparece y el mensaje es indescifrable. ¡°Esto puede ser de gran utilidad para comunicaciones oficiales secretas, para la banca y tambi¨¦n para compartir datos personales muy delicados, como historiales m¨¦dicos entre hospitales¡±, se?ala la investigadora.

Riedmatten advierte de que a¨²n estamos en los albores de la comunicaci¨®n y computaci¨®n cu¨¢ntica. ¡°Probablemente esta d¨¦cada veamos las primeras redes cu¨¢nticas a distancias de 500 o incluso 1.000 kil¨®metros. Pero tener una red funcional que alcance a todos como lo hace Internet llevar¨¢ muchos a?os, si no d¨¦cadas¡± explica.

A finales de este verano concluir¨¢ el primer gran proyecto de la Uni¨®n Europea en este campo, conocido como Alianza por un Internet Cu¨¢ntico. El proyecto ha costado m¨¢s de 10 millones de euros. Su objetivo es trazar un primer plano de lo que ser¨¢ la primera red de comunicaci¨®n cu¨¢ntica de Europa.

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