Un equipo de investigadores de QuTech en los Países Bajos informa sobre la realización de la primera red cuántica de múltiples nodos, que conecta tres procesadores cuánticos. Además, lograron una demostración de prueba de principio de protocolos clave de redes cuánticas. Sus hallazgos marcan un hito importante hacia la futura Internet cuántica y ahora se han publicado en Science.
La internet cuántica
El poder de Internet es que permite que dos computadoras en la Tierra estén conectadas entre sí, lo que permite aplicaciones inimaginables en el momento de su creación hace décadas. En la actualidad, los investigadores de muchos laboratorios de todo el mundo están trabajando hacia las primeras versiones de una Internet cuántica, una red que puede conectar dos dispositivos cuánticos cualesquiera, como computadoras o sensores cuánticos, a grandes distancias. Mientras que Internet de hoy distribuye información en bits (que pueden ser 0 o 1), una futura Internet cuántica hará uso de bits cuánticos que pueden ser 0 y 1 al mismo tiempo. "Una Internet cuántica abrirá una gama de aplicaciones novedosas, desde la comunicación imposible de piratear y la computación en la nube con total privacidad del usuario hasta el cronometraje de alta precisión", dice Matteo Pompili, estudiante de doctorado y miembro del equipo de investigación. "Y al igual que con Internet hace 40 años, probablemente hay muchas aplicaciones que no podemos prever en este momento".
Hacia una conectividad ubicua
Los primeros pasos hacia una Internet cuántica se dieron en la última década al vincular dos dispositivos cuánticos que compartían un vínculo físico directo. Sin embargo, poder transmitir información cuántica a través de nodos intermedios (análogos a los enrutadores en la Internet clásica) es esencial para crear una red cuántica escalable. Además, muchas aplicaciones de Internet cuánticas prometedoras se basan en bits cuánticos entrelazados, que se distribuirán entre varios nodos. El entrelazamiento es un fenómeno observado a escala cuántica, que conecta fundamentalmente partículas a distancias pequeñas e incluso grandes. Proporciona a las computadoras cuánticas su enorme poder computacional y es el recurso fundamental para compartir información cuántica a través de la futura Internet cuántica. Al darse cuenta de su red cuántica en el laboratorio, un equipo de investigadores de QuTech, una colaboración entre la Universidad Tecnológica de Delft y TNO, es el primero en haber conectado dos procesadores cuánticos a través de un nodo intermedio y en haber establecido un entrelazamiento compartido entre múltiples soportes. -procesadores cuánticos solos.
Operando la red cuántica
La red cuántica rudimentaria consta de tres nodos cuánticos, a cierta distancia dentro del mismo edificio. Para que estos nodos funcionen como una verdadera red, los investigadores tuvieron que inventar una arquitectura novedosa que permite escalar más allá de un solo enlace. El nodo intermedio (llamado Bob) tiene una conexión física con ambos nodos externos (llamados Alice y Charlie), lo que permite establecer vínculos de entrelazamiento con cada uno de estos nodos. Bob está equipado con un bit cuántico adicional que se puede usar como memoria, lo que permite almacenar un enlace cuántico generado previamente mientras se establece un nuevo enlace. Después de establecer los enlaces cuánticos Alice-Bob y Bob-Charlie, un conjunto de operaciones cuánticas en Bob convierte estos enlaces en un enlace cuántico Alice-Charlie. Alternativamente, al realizar un conjunto diferente de operaciones cuánticas en Bob, se establece el entrelazamiento entre los tres nodos.

Listo para uso posterior
Una característica importante de la red es que anuncia la finalización satisfactoria de estos protocolos (intrínsecamente probabilísticos) con una señal de "bandera". Tal anuncio es crucial para la escalabilidad, ya que en una futura Internet cuántica muchos de estos protocolos deberán concatenarse. "Una vez establecidos, pudimos preservar los estados entrelazados resultantes, protegiéndolos del ruido", dice Sophie Hermans, otro miembro del equipo. "Significa que, en principio, podemos utilizar estos estados para la distribución de claves cuánticas, un cálculo cuántico o cualquier otro protocolo cuántico posterior".
Demostrador cuántico de Internet
Esta primera red cuántica basada en entrelazamientos proporciona a los investigadores un banco de pruebas único para desarrollar y probar hardware, software y protocolos de Internet cuántico. "La futura Internet cuántica consistirá en innumerables dispositivos cuánticos y nodos intermedios", dice Ronald Hanson, quien dirigió el equipo de investigación. "Los colegas de QuTech ya están estudiando la compatibilidad futura con las infraestructuras de datos existentes". A su debido tiempo, el enfoque actual de prueba de principio se probará fuera del laboratorio en la fibra de telecomunicaciones existente, en el Quantum Internet Demonstrator de QuTech, cuyo primer enlace metropolitano está programado para completarse en 2022.
Capas de nivel superior
En el laboratorio, los investigadores se centrarán en agregar más bits cuánticos a su red de tres nodos y en agregar capas de software y hardware de mayor nivel. Pompili: 'Una vez que se hayan desarrollado todas las capas de interfaz y control de alto nivel para ejecutar la red, cualquiera podrá escribir y ejecutar una aplicación de red sin necesidad de comprender cómo funcionan los láseres y criostatos. Ese es el objetivo final '.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionados por Universidad Tecnológica de Delft. Nota: El contenido puede editarse por estilo y longitud.