As¨ª es la carrera hacia un nuevo internet basada en f¨ªsica cu¨¢ntica

En mayo de 2023, Benjamin Lanyon, profesor de la Universidad de Innsbruck (Austria), dio un paso de gigante hacia la creaci¨®n de un nuevo tipo de internet: transfiri¨® informaci¨®n a trav¨¦s de una fibra ¨®ptica de 50 kil¨®metros utilizando los principios de la f¨ªsica cu¨¢ntica.

En f¨ªsica cu¨¢ntica, la informaci¨®n no se organiza en unidades de datos ¡ªd¨ªgitos binarios¡ª almacenados y tratados por ordenadores, como ocurre con la actual red inform¨¢tica mundial. La f¨ªsica cu¨¢ntica estudia las propiedades e interacciones de mol¨¦culas, ¨¢tomos y part¨ªculas a¨²n m¨¢s peque?as, como electrones y fotones.

Los bits cu¨¢nticos, o c¨²bits, abren la puerta a la posibilidad de transmitir la informaci¨®n de forma m¨¢s segura, dado que las part¨ªculas cambian de estado por el mero hecho de observarlas y medirlas. Esto significa que siempre se detectar¨ªa cualquier acto de espionaje. Lanyon afirma que su trabajo hace que el internet cu¨¢ntico sea factible a nivel metropolitano, tras lo cual se abordar¨ªa su uso en distancias interurbanas m¨¢s largas. ¡°Podemos concebirlo a escala de gran ciudad¡±, se?ala.

Este gran avance es fruto de un proyecto de investigaci¨®n financiado con fondos de la Uni¨®n Europea cuyo objetivo es acercar el internet cu¨¢ntico. Este proyecto, denominado Alianza de Internet Cu¨¢ntico (QIA, por sus siglas en ingl¨¦s), re¨²ne a institutos de investigaci¨®n y empresas de toda Europa. La iniciativa recibir¨¢ fondos de la Uni¨®n Europea por valor de 24 millones de euros a lo largo de un periodo de tres a?os y medio que concluir¨¢ en marzo de 2026.

¡°No se trata de sustituir al internet cl¨¢sico, sino de que trabajen juntos¡±, explica la alemana Stephanie Wehner, coordinadora de QIA y profesora de Informaci¨®n cu¨¢ntica en la Universidad de Tecnolog¨ªa de Delft (Pa¨ªses Bajos). ¡°No vamos a sustituir Netflix¡±, a?ade. El entrelazamiento es un concepto b¨¢sico de la f¨ªsica cu¨¢ntica. Si dos part¨ªculas est¨¢n entrelazadas, independientemente de la distancia espacial que exista entre ellas, poseer¨¢n propiedades similares; por ejemplo, ambas tendr¨¢n la misma medida de ¡°esp¨ªn¡±, una versi¨®n cu¨¢ntica de la direcci¨®n en la que giran las part¨ªculas.

El estado de esp¨ªn de las part¨ªculas no se define hasta que estas se observan. Hasta entonces, se hallan en m¨²ltiples estados, un fen¨®meno denominado ¡°superposici¨®n¡±. Es al observarlas cuando se conoce el estado de ambas part¨ªculas.

Infinitas posibilidades

Este concepto resulta ¨²til en el campo de la seguridad de las comunicaciones. Cualquiera que tratase de piratear una transmisi¨®n cu¨¢ntica dejar¨ªa una huella evidente, ya que provocar¨ªa un cambio en el estado de una part¨ªcula observada.

¡°Podemos utilizar las propiedades del entrelazamiento cu¨¢ntico para lograr un medio de comunicaci¨®n seguro cuya seguridad sea demostrable, aunque el pirata posea a su vez un ordenador cu¨¢ntico¡±, apunta Wehner. El nivel de seguridad en las comunicaciones que brindar¨ªa una red de internet cu¨¢ntica abrir¨ªa un ampl¨ªsimo abanico de aplicaciones que van mucho m¨¢s all¨¢ de lo que permite el internet cl¨¢sico.

En medicina, por ejemplo, la f¨ªsica del entrelazamiento permite un nivel de sincronizaci¨®n de relojes que puede mejorar la telecirug¨ªa. ¡°Si queremos realizar una operaci¨®n quir¨²rgica en un nodo remoto, este debe estar perfectamente sincronizado para evitar cometer errores¡±, se?ala Wehner.

La astronom¨ªa tambi¨¦n podr¨ªa beneficiarse de este avance. Los telescopios que realizan observaciones a larga distancia podr¨ªan ¡°servirse del internet cu¨¢ntico para generar entrelazamientos entre los sensores y obtener una imagen mucho mejor del cielo¡±, a?ade Wehner.

Otro ejemplo son los cajeros autom¨¢ticos. En la actualidad, si un cajero se aver¨ªa mientras un usuario est¨¢ sacando dinero, la m¨¢quina podr¨ªa asumir que no se ha entregado ese efectivo, mientras que otro dispensador podr¨ªa registrar que s¨ª se ha retirado. Con un internet cu¨¢ntico desaparecer¨ªa esta discrepancia. Muchas de las aplicaciones del internet cu¨¢ntico probablemente no podr¨¢n conocerse hasta que se cree la tecnolog¨ªa. ¡°Ofrece toda una serie de nuevas posibilidades para realizar mediciones precisas del espacio y el tiempo, as¨ª como para estudiar el funcionamiento del mundo y el universo¡±, comenta Lanyon.

Pruebas a distancia

Lo complicado ahora es ir ampliando el internet cu¨¢ntico para utilizar muchas part¨ªculas a largas distancias. Lanyon y su equipo han demostrado adem¨¢s que la comunicaci¨®n no ya entre part¨ªculas individuales sino entre trenes de part¨ªculas ¡ªen este caso, part¨ªculas de luz llamadas fotones¡ª acelera el entrelazamiento entre nodos cu¨¢nticos.

¡°Si se env¨ªa un ¨²nico fot¨®n cada vez, hay que esperar el tiempo que tarda en viajar de un punto a otro¡±, explic¨®. ¡°Pero si esto se hace con trenes de muchos fotones, es posible aumentar la velocidad de entrelazamiento entre nodos cu¨¢nticos en las distancias que deseamos¡±. El objetivo ¨²ltimo es ampliar considerablemente el alcance de los nodos cu¨¢nticos, quiz¨¢s 500 kil¨®metros, y crear un prototipo de internet cu¨¢ntico que pueda conectar ciudades muy distantes entre s¨ª, como hacen los distintos nodos del internet cl¨¢sico para crear una red global.

Aunque podr¨ªa existir un internet cu¨¢ntico para aplicaciones especializadas ya en 2029, los expertos se muestran cautos a la hora de vaticinar cu¨¢ndo podr¨ªa estar disponible una versi¨®n completa para una amplia gama de usos. ¡°Se trata de una cuesti¨®n muy complicada¡±, dice Wehner. Mientras QIA plantea los componentes y sistemas del internet cu¨¢ntico, Europa trabaja para desarrollar los propios ordenadores cu¨¢nticos.

En junio de 2023, una asociaci¨®n p¨²blico-privada de la UE denominada Empresa Com¨²n de Inform¨¢tica de Alto Rendimiento Europea anunci¨® que seis pa¨ªses europeos tendr¨ªan ordenadores cu¨¢nticos: Alemania, Chequia, Espa?a, Francia, Italia y Polonia. El objetivo es garantizar que Europa se encuentra a la cabeza de la revoluci¨®n de las tecnolog¨ªas cu¨¢nticas. Los ordenadores cu¨¢nticos tendr¨¢n una capacidad de c¨¢lculo sin precedentes con m¨²ltiples aplicaciones, como la posibilidad de descifrar los algoritmos criptogr¨¢ficos en los que se basa la seguridad de la mayor¨ªa de los intercambios en el internet actual.

Un campo muy estudiado

Se prev¨¦ que la mitad de los sistemas criptogr¨¢ficos m¨¢s utilizados pueda descifrarse antes de que termine la d¨¦cada y Europa no es, ni de lejos, la ¨²nica parte interesada. China y Estados Unidos han logrado sus propios avances en materia de computaci¨®n cu¨¢ntica e internet cu¨¢ntico en los ¨²ltimos a?os.

Volviendo a la infraestructura, Europa ha tomado otro camino. Est¨¢ desarrollando una infraestructura espacial y terrestre integrada para las comunicaciones seguras, un componente clave del internet cu¨¢ntico. ¡°Me enorgullece poder decir que somos punteros en muchos campos¡±, coments Wehner. Aunque resta mucho por hacer en todos los pa¨ªses interesados, los posibles beneficios permiten presumir nuevos avances e innovaciones a corto plazo.

¡°Se est¨¢n desarrollando nuevas aplicaciones de redes cu¨¢nticas a un ritmo bastante acelerado¡±, explic¨® Lanyon.

(La versi¨®n inglesa de este art¨ªculo se actualiz¨® el 12 de octubre de 2023 para corregir una palabra en la cita de Stephanie Wehner que aparece en el p¨¢rrafo decimotercero. La palabra correcta es provably [demostrable] en lugar de probably [probable])

La investigaci¨®n descrita en este art¨ªculo ha sido financiada con fondos de la UE. Art¨ªculo publicado originalmente en Horizon, la Revista de Investigaci¨®n e Innovaci¨®n de la Uni¨®n Europea.

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