junio 21, 2021

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ICFO: España supera a China en el mayor problema de comunicaciones cuánticas

Los investigadores en España han evitado China, uno de los problemas más complejos en la creación de redes de comunicación cuántica que no se pueden espiar ni piratear.

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Durante años, China, Estados Unidos y Europa han estado compitiendo por el dominio cuántico en primer lugar, un término amplio que se refiere a construir computadoras con potencia y velocidad de cómputo, mucho más allá de lo que actualmente está conectado a una red de comunicación poco realista.

El año pasado, China desarrolló una computadora cuántica que reemplazó a una computadora fabricada por Google y resolvió un problema matemático en tres minutos. La solución tarda una media de 2.500 millones de años..

China también es pionera en las comunicaciones cuánticas, enviando claves para decodificar mensajes secretos utilizando las asombrosas propiedades de las partículas de luz: los fotones. Estas pequeñas partículas pueden quedar atrapadas entre sí, por lo que siguen siendo las mismas incluso si están separadas por miles o millones de kilómetros. Enviar mensajes con fotones complejos es probablemente el método de comunicación más seguro: si un espía intenta ingresar a la computadora, los fotones rompen su conexión, el mensaje encriptado se pierde y la alerta de intrusión se apaga. La dominación cuántica es un objetivo estratégico tanto para los países que desean enviar mensajes secretos como para las empresas que manejan datos confidenciales de miles de millones de personas.

China tiene una computadora cuántica que resuelve un problema matemático en tres minutos, y una computadora promedio tarda 2.500 millones de años en resolverse

El verano pasado, China envió una fuerza cuántica desde el espacio a dos estaciones terrestres a intervalos de más de 1.000 kilómetros, 10 veces la distancia que ha alcanzado. Este es uno de los grandes logros de Jian Wei Ban, el jefe del sistema de comunicación cuántica chino. Xian se formó en la Universidad de Austria a finales de la década de 1990 antes de regresar a casa para comenzar a desarrollar esta tecnología. El concepto de comunicaciones cuánticas se concibió en Europa, donde se realizaron los primeros experimentos básicos, pero hace muchos años, China invirtió mucho en completar esta tecnología.

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Hoy, un equipo de investigadores del Instituto de Ciencias Fotónicas de Cataluña (ICFO) está ganando una gran y pequeña batalla contra una empresa asiática. Uno de los mayores problemas sin resolver en las comunicaciones cuánticas es que las fibras ópticas no pueden transmitir fotones complejos a más de 100 km. La señal se pierde. Para medir hay que hacer repetidores, que es una pequeña cuestión en las comunicaciones convencionales, pero cuando se trata de cuántica es terrible porque los fotones deben almacenarse en memorias cuánticas formadas por cristales, cuyos átomos pueden contener partículas atrapadas en su interior durante algún tiempo .

De izquierda a derecha, los investigadores del ICFO Tario Lago, Samuel Grande, Jelena Ragonjack, Alessandro Siri y Hughes de Redmont.ICFO

Equipo liderado Hugo de Redmaton, ICFO, explica en un artículo en la portada de una valiosa revista Natural Guarda dos fotones complejos en dos memorias cuánticas separadas por una distancia de 10 metros. Estudio Esta es una prueba importante, ya que los investigadores ya han utilizado fotones con propiedades que permiten la transmisión de mensajes cuánticos utilizando fibras ópticas tradicionales utilizadas por Internet. Primero muestran que sus comunicaciones tienen hasta 60 formas diferentes de almacenar fotones, un hito importante en el campo.

“Este trabajo es una prueba del primer paso hacia un repetidor cuántico”, explica Redmotten. Las memorias almacenan un fotón a 25 millones por segundo, lo que es suficiente para demostrar que puede crear una red repetidora viable que funcione con partículas que viajan a la velocidad de la luz.

Samuel Grandi, otro miembro del equipo, explica que ya se está armando un experimento similar entre una memoria cuántica ubicada en el ICFO con sede en Castellfelds y Barcelona, ​​a 35 kilómetros de distancia.

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Hoy, un grupo chino publica Estudio muy similar En la misma revista describieron repetidores cuánticos capaces de almacenar dos fotones complejos, pero a solo tres metros de distancia entre sí. El trabajo está siendo dirigido por investigadores del Laboratorio Estatal de Información Cuántica de la Universidad China de Ciencia y Tecnología, con Xian como vicepresidente.

“Este es el paso más importante en la creación de la primera red de comunicación cuántica basada en tierra”, coincide Juan José García Ripol, experto en comunicaciones cuánticas del Consejo Supremo de Investigación Científica. El equipo español García-Ripol asegura que el estudio “tiene aplicación inmediata”: “Crear la primera red cuántica urbana utilizando fibras ópticas comerciales”.

Esta futura Internet cuántica no sustituirá a la Internet actual, sino que la complementará, explica Jelena Ragonjak, otra autora del estudio del ICFO. Envía claves que permiten cifrar los mensajes enviados por redes cuánticas de la forma tradicional. Si alguien intenta espiar memorias cuánticas para espiar, la clave desaparece y el mensaje se vuelve indescriptible. “Puede ser muy útil para comunicaciones oficiales confidenciales, servicios bancarios y el intercambio de datos personales muy importantes como registros médicos entre hospitales”, dice el investigador.

Redmoton advierte que todavía estamos en los albores de la computación cuántica y las comunicaciones. Quizás las primeras redes cuánticas de esta década se puedan encontrar a una distancia de 500 o 1.000 kilómetros. Pero tener una red funcional que llegue a todos, como Internet, lleva años, pero no décadas ”, explica.

Hacia finales de este verano, se anunció el primer gran proyecto de la UE en este campo. Alianza para Internet cuántica. El proyecto costará más de 10 millones de euros. El objetivo es ver más de cerca cómo será la primera red de comunicaciones cuánticas de Europa.

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