Un fen¨®meno cu¨¢ntico abre la v¨ªa a las redes de teleportaci¨®n

E l mundo cu¨¢ntico es misterioso y nada intuitivo, y suele sorprender a quienes investigan en ¨¦l. Es lo que les ha pasado a tres investigadores en redes cu¨¢nticas, dos de ellos en Espa?a y otro, Ignacio Cirac, del Instituto Max Planck para ?ptica Cu¨¢ntica, en Garching (Alemania).

Cuando hay un cambio en una de las part¨ªculas, tambi¨¦n lo hay en la otra

Construir redes cu¨¢nticas es muy complejo y a¨²n no existen f¨ªsicamente, ni siquiera de forma experimental, pero los investigadores aseguran que ser¨¢n la base de la comunicaci¨®n cu¨¢ntica del futuro. As¨ª que han empezado a trabajar con ellas en modelos de ordenador. Y han descubierto un inesperado fen¨®meno nuevo y que constituye una buena noticia: "En el mundo cu¨¢ntico es posible establecer conexiones perfectas a grandes distancias a partir de conexiones imperfectas", afirman los investigadores. Su trabajo se ha publicado en la versi¨®n digital de Nature Physics.

La telecomunicaci¨®n cu¨¢ntica se basa en el fen¨®meno del entrelazamiento entre part¨ªculas, por ejemplo entre fotones. El entrelazamiento permite que una part¨ªcula permanezca en cierto modo unida o, t¨¦cnicamente, correlacionada a otra, a pesar de encontrarse lejos de ella; de esta forma, cuando se produce un cambio en una de las part¨ªculas tambi¨¦n se produce en la otra. As¨ª, las propiedades de una part¨ªcula se teleportan de modo instant¨¢neo a la otra. En una red cu¨¢ntica, los nodos de la red compartir¨ªan parejas de part¨ªculas relacionadas. "Por desgracia, establecer correlaciones perfectas incluso a distancias cortas es un desaf¨ªo formidable. En los experimentos s¨®lo podemos hacer correlaciones imperfectas", afirman Antonio Ac¨ªn, espa?ol, y su colega polaco Maciej Lewenstein, ambos profesores ICREA en el Instituto de Ciencias Fot¨®nicas, en Barcelona.

Pero los investigadores observaron que en las redes cu¨¢nticas simuladas aparec¨ªa un fen¨®meno muy habitual en el mundo macrosc¨®pico llamado percolaci¨®n. En el mundo a escalas humanas, el cotidiano, la percolaci¨®n es responsable de que, por ejemplo, un incendio acabe propag¨¢ndose a pesar de que sus focos est¨¢n lejos entre s¨ª. Por encima de un cierto grado de conexi¨®n entre los focos, aunque esta conexi¨®n sea pobre, el fuego acabar¨¢ propag¨¢ndose y ser¨¢ dif¨ªcil de parar.

Los investigadores observaron que en las redes cu¨¢nticas pasa igual: aunque las correlaciones sean imperfectas, una vez superado un nivel m¨ªnimo de imperfecci¨®n la correlaci¨®n perfecta a larga distancia es posible.

Lo que m¨¢s les sorprendi¨® fue el darse cuenta no s¨®lo de que hab¨ªa percolaci¨®n cu¨¢ntica, sino de que ¨¦sta pod¨ªa ser mucho m¨¢s eficaz que la cl¨¢sica; es decir, pod¨ªa tolerar un grado de imperfecciones mucho mayor que la percolaci¨®n del macromundo. De hecho, el trabajo que ahora se publica muestra con qu¨¦ protocolos de red es posible mejorar la capacidad de percolaci¨®n de la red.

?C¨®mo se consigue esto? La clave, explican los autores, es el concepto de que en comunicaci¨®n cu¨¢ntica las part¨ªculas se comportan tambi¨¦n como ondas, y en las ondas se producen interferencias que pueden ser destructivas -que impiden la comunicaci¨®n- o constructivas. El truco est¨¢ en hacer la red de forma que las interferencias sean constructivas.

Nadie hasta ahora hab¨ªa observado el fen¨®meno de la percolaci¨®n cu¨¢ntica porque las investigaciones se hab¨ªan centrado en las conexiones lineales, el equivalente a una conexi¨®n punto a punto, no en redes. "?ste es el primer trabajo que muestra lo que ocurre con las redes. Estamos abriendo una nueva v¨ªa en la que seguro que hay muchas cosas por descubrir", dice Ac¨ªn.

El hallazgo tiene consecuencias pr¨¢cticas: "Si en una red cu¨¢ntica se establecen conexiones imperfectas en distancias cortas, es probable que se pueda, con la ayuda de m¨¦todos cl¨¢sicos de comunicaci¨®n como tel¨¦fonos o conexiones normales entre ordenadores, establecer correlaciones cu¨¢nticas perfectas en distancias largas", afirman los autores. Las conexiones normales, como el tel¨¦fono, servir¨ªan para hacer el protocolo que mejora la percolaci¨®n de la red cu¨¢ntica.

El a?o que viene ya hay planeado un primer experimento con redes cu¨¢nticas en Viena, a trav¨¦s del proyecto europeo SECOQC, en el que se intentar¨¢ crear una red cu¨¢ntica con los nodos situados a pocos kil¨®metros de distancia.