Un defecto del diamante alumbra el Internet cuántico
Una red basada en nodos cuánticos que teletransportan información se configura en el horizonte
Usando un defecto del diamante, investigadores alemanes han multiplicado por 1.000 las tasas de comunicación entre sistemas cuánticos muy alejados entre sí, uno de los requisitos necesarios para el alumbramiento del Internet cuántico.
En el horizonte tecnológico futuro hay dos momentos trascendentales previstos: que el Metaverso se convierta en el Internet del futuro y que el Internet que hoy conocemos se convierta en el Internet cuántico.
El Internet cuántico permitirá transmitir grandes volúmenes de datos a gran distancia a velocidades superiores a la de la luz y en su día será el soporte de los espacios virtuales o mundos paralelos del Metaverso en el que desarrollaremos gran parte de nuestra vida y de nuestras potencialidades.
Ambos objetivos tecnológicos no están a la vuelta de la esquina, pero nos acercamos a ellos a pasos agigantados. Como se ha puesto de manifiesto en el reciente Meta World Congress celebrado en Madrid la semana pasada, cada vez estamos más cerca del Metaverso que integrará todos los mundos virtuales.
En cuanto al Internet cuántico, también se abre paso con sucesivos logros que lo van trayendo del mundo de la utopía al mundo cotidiano, tal como lo ha puesto de manifiesto una nueva investigación cuyos resultados se publican en la revista Physical Review X.
Dos vectores cuánticos
El Internet cuántico se basa por un lado en el entrelazamiento cuántico y por otro en la superposición de estados.
El entrelazamiento cuántico se produce cuando los fotones o electrones se entrelazan. Entonces experimentan un vínculo inexplicable que se mantiene incluso si las partículas están separadas en lados opuestos del universo.
La superposición de estados permite a una partícula estar en dos estados diferentes a la vez, o, dicho más técnicamente, cuando una partícula posee simultáneamente dos o más valores de una cantidad observable.
En la computación cuántica, la superposición es la base de la unidad básica de este sistema, llamada cúbit o bit cuántico: en vez de almacenar trenes infinitos de unos y ceros, el cúbit tiene superpuestos ambos valores y permite aumentar exponencialmente las capacidades de la gestión de la información.
Diamante luminoso
El entrelazamiento cuántico permite a su vez que los cúbits, aunque estén separados entre sí por enormes distancias, interactúen instantáneamente entre sí, sin estar limitados por la velocidad de la luz.
Como el entrelazamiento cuántico es difícil de conseguir y de mantener en el tiempo, el diamante adquiere cada vez más importancia: posee una especie de impureza llamada Centro Nitrógeno-Vacante (NV center) que es especialmente atractiva por su luminiscencia y por su potencial de entrelazamiento cuántico.
Por ejemplo, el año pasado, investigadores del instituto QuTech (Países Bajos) consiguieron por primera vez transferir cúbits en una red desde un nodo a otro sin una conexión directa gracias al NV center.
Largas distancias
Desde 2012, Los centros nitrógeno-vacantes, basados en defectos especiales de los diamantes, se utilizan también para almacenar bits cuánticos (cúbits) que emiten fotones individuales.
Sin embargo, si se quiere ir un paso más allá y transmitir datos en una red cuántica, todos los fotones emitidos por estos NV Centers deben recolectarse y transmitirse con total seguridad, algo que ya se ha conseguido a distancias significativas, como 248 kilómetros, gracias al entrelazamiento cuántico.
Sin embargo, si queremos que la información llegue a largas distancias, también es necesario que todos estos fotones tengan la misma frecuencia. Esto hasta ahora no había sido posible.
Fotones estables
Esta barrera tecnológica es la que ha sido superada por la nueva investigación, desarrollada por científicos de la Universidad Humboldt de Berlín, encabezados por Tim Schröder.
Han logrado generar y detectar fotones con frecuencias estables emitidos por centros nitrógeno-vacantes presentes en nanoestructuras de diamante fabricadas en laboratorio.
Estas nanoestructuras son 1.000 veces más delgadas que un cabello humano y, utilizadas como bits cuánticos, permiten transferir directamente los fotones emitidos por el NV Center a fibras ópticas de vidrio.
En esas nanoestructuras, el ruido de los electrones, que antes perturbaba la transmisión de datos, se puede reducir significativamente: los fotones se emiten a una frecuencia estable capaz de garantizar una comunicación cuántica de calidad a larga distancia.
Átomos extraños
Para reducir su impacto en la transmisión de información cuántica, los investigadores se han apoyado en una característica especial del material de diamante utilizado para la fabricación de esas nanoestructuras: tiene relativamente muchos átomos extraños (nitrógeno) en la red cristalina.
Estos átomos extraños protegen la fuente de luz cuántica de los electrones que interfieren en la superficie de la nanoestructura, consiguiendo así una comunicación de calidad inédita en los procesos cuánticos.
Gracias a la composición singular de esas nanoestructuras, este estudio ha conseguido que las tasas de comunicación entre sistemas cuánticos espacialmente separados se puedan multiplicar por más de 1.000, por lo que ha dado un salto cualitativo hacia el futuro Internet cuántico.
Un camino que recorrer
De todas formas, al igual que ha pasado con otros resultados anteriores, podemos considerar que la nueva investigación representa un avance necesario, pero todavía insuficiente, para llegar al Internet cuántico.
Todavía falta tiempo para que los nodos del Internet sean ordenadores cuánticos que se comunican entre sí por medio de enlaces cuánticos que canalizan la teleportación de información.
Pero es cuestión de tiempo que alcancemos ese resultado que, según el Departamento de Energía de Estados Unidos, supondrá una metamorfosis integral de la manera en que vivimos.
Referencia
Optically Coherent Nitrogen-Vacancy Defect Centers in Diamond Nanostructures. Laura Orphal-Kobin et al. Phys. Rev. X 13, 011042; 20 March 2023. DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevX.13.011042
https://www.levante-emv.com/tendencias21/2023/04/10/defecto-diamante-alumbra-internet-cuantico-85821374.html?utm_source=facebook&utm_medium=social&utm_campaign=dogtrack
https://articulosclaves.blogspot.com/2023/04/la-mentira-mas-brillante.html
No hay comentarios:
Publicar un comentario