Se logró la teletransportación cuántica

En un momento en el que los ciberataques impulsados por IA vuelven cada vez más vulnerable el internet clásico, un equipo del Instituto de Óptica de Semiconductores e Interfaces Funcionales (IHFG) de la Universidad de Stuttgart ha logrado un avance que apunta directamente al futuro: la teleportación de información cuántica entre fotones procedentes de dos fuentes distintas. El experimento, realizado junto a grupos de Saarbrücken y Dresde, supone un paso decisivo hacia los repetidores cuánticos, la pieza clave que falta para hacer viable un internet cuántico seguro sobre fibra óptica.

Hacia un internet cuántico imposible de espiar

La comunicación cuántica promete lo que la criptografía clásica ya no puede garantizar plenamente: seguridad frente a cualquier intento de escucha, incluso con ordenadores cuánticos en el horizonte. La clave está en que los fotones usados como portadores de información obedecen las leyes de la mecánica cuántica:

• La información (0 y 1) se codifica en la polarización de los fotones.

• Cualquier intento de medir o interceptar esos estados deja huellas detectables.

El problema es que la infraestructura física no cambia: un internet cuántico razonablemente asequible tendrá que apoyarse en fibras ópticas, igual que la red actual. Y ahí surge el gran obstáculo técnico.

El talón de Aquiles: los repetidores cuánticos

En el internet clásico, las señales de luz se amplifican cada ~50 km con repetidores convencionales. En cuántica, eso es imposible: no se puede copiar ni amplificar un estado cuántico arbitrario sin destruirlo.

La alternativa es mucho más sutil: teleportar el estado cuántico de un fotón a otro nuevo antes de que la señal se degrade. Es lo que persiguen los llamados repetidores cuánticos, nodos distribuidos a lo largo de la fibra que “renuevan” la información sin violar las leyes de la física cuántica.

Para que esa teleportación funcione de forma fiable hace falta algo extremadamente difícil: que los fotones implicados sean indistinguibles, con la misma “forma temporal” y prácticamente el mismo color (frecuencia), aunque se generen en lugares distintos y por fuentes distintas.

El reto de teletransportar fotones “no gemelos”

Hasta ahora, nunca se había logrado teletransportar información cuántica entre fotones procedentes de puntos cuánticos diferentes. Los puntos cuánticos —pequeñas “islas” semiconductoras de escala nanométrica— actúan como fuentes de fotones individuales con niveles de energía bien definidos, similares a los de un átomo.

«Los cuantos de luz de distintos puntos cuánticos nunca se habían teletransportado porque es extremadamente difícil», admite Tim Strobel, científico del IHFG y primer autor del estudio.

En el marco del proyecto Quantenrepeater.Net (QR.N), su equipo ha desarrollado fuentes semiconductoras capaces de generar fotones casi idénticos “bajo demanda”:

• Los puntos cuánticos fabricados en el Instituto Leibniz de Investigación del Estado Sólido y Materiales (Dresde) difieren solo mínimamente entre sí.

• Esto permite producir fotones con propiedades muy similares en dos ubicaciones separadas.

Qué han conseguido exactamente los investigadores

El experimento se apoya en una arquitectura de teleportación cuántica bien conocida en teoría, pero muy difícil de implementar con fuentes independientes:

• Un punto cuántico A genera un solo fotón, cuyo estado de polarización lleva la información.

• Un punto cuántico B genera un par de fotones entrelazados.

• Uno de esos fotones viaja desde B hasta A a través de una fibra óptica de unos 10 metros.

• Allí interfiere con el fotón de A; ambos se solapan cuánticamente.

Gracias a esa superposición, la información de polarización del fotón “local” se transfiere al fotón distante que quedó en B, sin que nadie llegue a conocer ese estado intermedio. Es, en sentido estricto, teleportación cuántica de información entre fuentes separadas.

Para lograrlo, ha sido crucial el uso de convertidores de frecuencia cuánticos desarrollados por el equipo del profesor Christoph Becher en la Universidad del Sarre, capaces de compensar las pequeñas diferencias de frecuencia que aún existen entre los fotones de ambas fuentes.

Hoy por hoy, la tasa de éxito de la teleportación supera el 70%, pero los investigadores reconocen que todavía hay fluctuaciones en los puntos cuánticos que generan pequeñas diferencias residuales entre fotones.

Próximos pasos: más distancia y más fiabilidad

El avance de Stuttgart no se queda en un experimento de laboratorio aislado. En trabajos previos, el mismo grupo demostró que el entrelazamiento de fotones procedentes de puntos cuánticos sobrevivía a una transmisión de 36 km a través del centro de la ciudad de Stuttgart.

El próximo objetivo es combinar esa robustez a larga distancia con la nueva capacidad de teleportar estados entre fuentes distintas, lo que acerca la posibilidad de repetidores cuánticos funcionales desplegados en redes reales.

«Queremos reducir aún más las diferencias entre fotones mediante la mejora de las técnicas de fabricación de semiconductores», explica Strobel.

Para Simone Luca Portalupi, líder de grupo en el IHFG y coordinador del estudio, el logro tiene también una dimensión simbólica:

«Conseguir este experimento ha sido una ambición de largo recorrido. Es emocionante ver cómo investigaciones que nacieron como física fundamental empiezan a dar sus primeros pasos hacia aplicaciones prácticas».

Si el internet clásico vive acosado por hackers y ataques automatizados, el trabajo de Stuttgart, Saarbrücken y Dresde apunta a un futuro en el que la seguridad se apoye en las propias leyes de la naturaleza. El camino hacia ese internet cuántico será largo, pero uno de sus componentes más complejos —el repetidor cuántico— acaba de dar un paso clave para dejar de ser teoría y empezar a parecer tecnología.