Ya tenemos un suitch cuántico
Se descubrió que...
Luis González de Alba
Un bit es la unidad mínima de información. En un transistor se expresa como presencia o ausencia de electricidad: 1 cuando hay, 0 cuando no hay. Así se ha construido el lenguaje binario que reconocen nuestras computadoras. Pero en el mundo subatómico es posible la superposición de estados, tener y no tener electricidad de forma simultánea. Eso lo estudia la física cuántica. Un quantum es la unidad mínima posible de energía o de materia. Así que el lenguaje binario se potenciaría por miles si un transistor pudiera estar a la vez como 0 y 1. Eso define un qubit, base de la futura computadora cuántica. Futuro a pocos años.
Otra característica del mundo subatómico es el entanglement, o entrelace o enlace de partículas: dos partículas creadas de forma simultánea se afectan una a la otra aunque las separe mucho espacio. Fue el colmo que alejó a Einstein de la nueva física. Entre 1982 y 83 Alain Aspect en París comprobó que esa paradoja ocurría.
Investigadores de la Universidad Northwestern han diseñado un suitch que puede dirigir qubits entrelazados (emplearon partículas de luz, fotones) por una red de fibra óptica y a muy altas velocidades, sin perder la información codificada en esos qubits. Exactamente lo que deberá ocurrir en una computadora cuántica. Con ese tipo de suitch damos un paso más hacia las computadoras cuánticas ultrarrápidas, y la información cifrada estará a salvo de ser descifrada, lo cual exigen bancos y sistemas de defensa con redes de computadoras.
Un sistema así puede dirigir un qubit, expresado por ejemplo en un fotón, a través de una red “de igual forma en que hoy un e-mail se dirige a través de la Internet”. Con esta investigación se prueba el primer suitch totalmente óptico adaptado para realizar comunicaciones que usen un solo fotón como unidad de información. “Nos acerca a un sueño: la internet cuántica ultrarrápida”. Y por supuesto, la computadora que rompería todas las claves actuales y resolvería en segundos lo que hoy lleva años procesar. La investigación aparece en el journal Physical Review Letters.
“Mi meta es hacer aparatos muy prácticos para comunicaciones cuánticas”, dice Prem Kumar, principal autor del artículo. “Trabajamos con fibra óptica así que cuando la comunicación cuántica madure podrá ser integrada con facilidad a la infraestructura de telecomunicaciones ya existente”.
Lo que hace tan atractivo al qubit es su capacidad de ser 1 y también 0 de manera simultánea, con su incremento por miles en la capacidad de computación. “Además, dos o más qubits en diferentes lugares pueden ser entrelazados (entangled): una misteriosa conexión que no es posible con bits ordinarios”. El enlace de dos partículas, que tanto irritó a Einstein, ocurre, pero nadie sabe cómo ocurre. Se observa todos los días en los laboratorios, es como si el espacio entre esas dos partículas no existiera: modificar una modifica la otra de manera instantánea… y la relatividad prohíbe la palabra misma “instantánea”.
El qubit empleado por Kumar es el paquete mínimo de luz, el fotón. El problema por resolver es el siguiente: la superposición de estados (a la vez 1 y 0) y el entrelace de partículas se pierden con facilidad y con ello se pierden los datos encriptados. Hay partículas entrelazadas (entangled) si “alguna característica física —por ejemplo la polarización como la usa la TV en 3-D—en cada par de fotones está inextricablemente encadenada. Si un fotón toma un estado, su pareja asume un estado correspondiente”. Y no importan los años-luz que pudieran separarlos.
Los investigadores emplearon pares de fotones así unidos. Uno de los fotones del par se transmitió a través del suitch óptico diseñado por ellos. Encontraron que el estado cuántico (en este caso cierta polarización) del par no se perdía, la información codificada llegaba intacta. Eso abre la posibilidad de tener pronto procesadores conectados por links cuánticos.
Contacto: Megan Fellman, [email protected]
Physical Review Letters
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