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Los científicos de la Universidad de Pensilvania enviaron señales cuánticas a través de cables de fibra óptica estándar, utilizando la misma conectividad que impulsa la web actual, lo que representa un paso importante hacia una Internet cuántica funcional.
En un estudio publicado en la revista «Science», los investigadores utilizaron un chip cuántico denominado «Q-Chip», diseñado a medida para empaquetar datos cuánticos junto con una señal óptica estándar y transmitirlos a través de una infraestructura comercial.
Este avance marca la primera vez que se envían datos cuánticos mediante el Protocolo de Internet (IP), el mismo estándar de comunicaciones que sustenta las redes actuales. Además, los resultados sugieren que las comunicaciones cuánticas podrían funcionar en redes ya en uso, en lugar de requerir una infraestructura dedicada.
Según el estudio, el equipo de ingenieros probó con éxito la transmisión de señales cuánticas en la red de fibra óptica de Verizon del campus.
«Al mostrar que un chip integrado gestiona señales cuánticas en la red comercial de Verizon con protocolos de Internet clásicos, dimos un paso clave hacia una Internet cuántica práctica», afirmó Liang Feng, profesor de la Universidad de Pensilvania.
El trabajo de la universidad muestra por primera vez en fibra comercial que un chip no solo puede enviar señales cuánticas, sino también corregir automáticamente el ruido, agrupar datos cuánticos y clásicos en paquetes estándar de estilo Internet.
«Nuestro Q-Chip permite controlar señales cuánticas y clásicas, de modo que viajen juntas a través de los mismos cables de fibra óptica, utilizando protocolos estándar de Internet», explicó Feng.
El «Q-Chip» usa señales clásicas para escalar el Internet cuántico
«Las redes normales miden los datos para guiarlos hacia su destino final», señaló Robert Broberg, estudiante de doctorado y coautor del artículo. «Con redes puramente cuánticas, esto no es posible, ya que la medición de las partículas destruye el estado cuántico», agregó.
Para superar este obstáculo, el equipo desarrolló el «Q-Chip» con el fin de coordinar señales clásicas, compuestas por flujos regulares de luz, y partículas cuánticas.
«La señal clásica viaja justo por delante de la señal cuántica», explicó Yichi Zhang, estudiante de doctorado en Ingeniería Mecánica y Energía de la Universidad de Pensilvania y coautor del artículo. «Esto nos permite medir la señal clásica para su enrutamiento, manteniendo intacta la señal cuántica», añadió.
Según los investigadores, este sistema se puede entender mediante la metáfora de un «ferrocarril cuántico».
«El encabezado clásico actúa como el motor del tren, mientras que la información cuántica viaja detrás, en contenedores sellados. Aunque no se puedan abrir los contenedores sin destruir su interior, el motor garantiza que todo el tren llegue a su destino», indicó Hang.
Este enfoque permite que el sistema siga el Protocolo de Internet (IP) que gobierna el tráfico actual. Esta interoperabilidad es crucial, ya que permite escalar el «internet cuántico» utilizando la vasta infraestructura de fibra óptica ya instalada a nivel global, sin necesidad de construir una red totalmente nueva.
El Q-Chip logra una transmisión cuántica estable
Uno de los mayores desafíos para la transmisión de partículas cuánticas en infraestructuras comerciales es la variabilidad de las líneas de transmisión reales. A diferencia de los entornos de laboratorio, que pueden mantener condiciones ideales, las redes comerciales experimentan frecuentes cambios de temperatura y vibraciones que afectan la transmisión de señales.
Para contrarrestar este efecto, los científicos desarrollaron un método de corrección de errores que aprovecha que la interferencia en el encabezado clásico afecta de manera similar a la señal cuántica.
«No podemos medir la señal clásica sin dañar la cuántica, pero podemos inferir qué correcciones deben realizarse en la señal cuántica sin necesidad de medirla, preservando así el estado cuántico», afirmó Feng.
Durante las pruebas, el sistema mantuvo una fidelidad de transmisión superior al 97%, demostrando que podía superar el ruido y la inestabilidad que suelen destruir las señales cuánticas fuera del laboratorio.
Además, dado que el Q-Chip está fabricado en silicio con técnicas consolidadas, puede producirse en masa, lo que facilita la escalabilidad del nuevo enfoque.
«Nuestra red cuenta con un solo servidor y un nodo que conecta dos edificios, con aproximadamente un kilómetro de cable de fibra óptica instalado por Verizon entre ellos. Para expandir la red, solo hace falta fabricar más chips y conectarlos a los cables de fibra óptica existentes en Filadelfia», comentó Feng.
Adicionalmente, Broberg señaló que este experimento recuerda a los inicios del internet clásico en la década de 1990, cuando las universidades conectaron sus redes por primera vez.
«En ese entonces, se abrió la puerta a transformaciones que nadie podría haber predicho. Este internet cuántico tiene el mismo potencial», indicó Broberg.
