Es la carrera hacia una nueva Internet basada en la física cuántica | Tecnología

En mayo de 2023, Benjamin Lanyon, profesor de la Universidad de Innsbruck (Austria), dio un paso de gigante hacia la creación de un nuevo tipo de Internet: transfirió información a través de una fibra óptica de 50 kilómetros utilizando los principios de la física cuántica.

En física cuántica, la información no se organiza en unidades de datos (dígitos binarios) almacenadas y procesadas por computadoras, como es el caso de la red informática global actual. La física cuántica estudia las propiedades e interacciones de moléculas, átomos e incluso partículas más pequeñas, como electrones y fotones.

Los bits cuánticos, o qubits, abren la puerta a la posibilidad de transmitir información de forma más segura, ya que las partículas cambian de estado simplemente con observarlas y medirlas. Esto significa que cualquier acto de espionaje siempre sería detectado. Lanyon dice que su trabajo hace factible la Internet cuántica a nivel metropolitano, después de lo cual se abordaría su uso en distancias interurbanas más largas. «Podemos diseñarlo a la escala de una gran ciudad», explica.

Este avance es resultado de un proyecto de investigación financiado por la Unión Europea cuyo objetivo es acercar la Internet cuántica. Este proyecto, denominado Quantum Internet Alliance (QIA), reúne a institutos de investigación y empresas de toda Europa. La iniciativa recibirá financiación de la Unión Europea por valor de 24 millones de euros durante un período de tres años y medio que finalizará en marzo de 2026.

“No se trata de sustituir la Internet clásica, sino de trabajar juntos”, explica la alemana Stephanie Wehner, coordinadora de QIA y profesora de información cuántica en la Universidad Tecnológica de Delft (Países Bajos). “No vamos a sustituir a Netflix”, añade. El entrelazamiento es un concepto fundamental en la física cuántica. Si dos partículas se entrelazan, independientemente de la distancia espacial que las separe, tendrán propiedades similares; Por ejemplo, ambos tendrán la misma medida de «giro», una versión cuántica de la dirección en la que giran las partículas.

El estado de giro de las partículas sólo se define cuando se observan. Mientras tanto, se encuentran en múltiples estados, un fenómeno llamado «superposición». Es observándolas que conocemos el estado de las dos partículas.

Posibilidades infinitas

Este concepto es útil en el campo de la seguridad de las comunicaciones. Cualquiera que intentara piratear una transmisión cuántica dejaría una huella obvia, provocando un cambio en el estado de una partícula observada.

«Podemos utilizar las propiedades del entrelazamiento cuántico para lograr un medio de comunicación seguro que sea demostrablemente seguro, incluso si el hacker también tiene una computadora cuántica», dice Wehner. El nivel de seguridad de las comunicaciones que ofrecería una red de Internet cuántica abriría el camino a una gama muy amplia de aplicaciones que irían mucho más allá de lo que permite la Internet clásica.

En medicina, por ejemplo, la física del entrelazamiento permite un nivel de sincronización del reloj que podría mejorar la telecirugía. «Si se quiere realizar una cirugía en un nodo remoto, éste debe estar perfectamente sincronizado para evitar errores», explica Wehner.

La astronomía también podría beneficiarse de este avance. Los telescopios que realizan observaciones de largo alcance podrían “utilizar la Internet cuántica para generar entrelazamientos entre sensores y obtener una imagen mucho mejor del cielo”, añade Wehner.

Otro ejemplo son los cajeros automáticos. Actualmente, si un cajero automático falla mientras un usuario retira dinero, la máquina puede asumir que el dinero no ha sido dispensado, mientras que otro cajero automático puede registrar que sí se retiró. Con una Internet cuántica, esta brecha desaparecería. Es probable que muchas aplicaciones de la Internet cuántica no se conozcan hasta que se cree la tecnología. «Ofrece toda una gama de nuevas posibilidades para realizar mediciones precisas del espacio y el tiempo, así como para estudiar el funcionamiento del mundo y el universo», explica Lanyon.

Pruebas remotas

El desafío ahora es expandir la Internet cuántica para utilizar muchas partículas a largas distancias. Lanyon y su equipo también demostraron que la comunicación no entre partículas individuales sino entre trenes de partículas (en este caso, partículas ligeras llamadas fotones) acelera el entrelazamiento entre nodos cuánticos.

“Si envías solo un fotón a la vez, tendrás que esperar el tiempo necesario para viajar de un punto a otro”, explicó. “Pero si esto se logra con trenes de muchos fotones, es posible aumentar la velocidad de entrelazamiento entre nodos cuánticos en las distancias deseadas”. El objetivo final es ampliar significativamente el alcance de los nodos cuánticos, quizás 500 kilómetros, y crear un prototipo de Internet cuántico capaz de conectar ciudades muy alejadas, como lo hacen los nodos individuales, la Internet clásica para crear una red global.

Aunque podría existir una Internet cuántica para aplicaciones especializadas ya en 2029, los expertos se muestran cautelosos a la hora de predecir cuándo podría estar disponible una versión completa para una amplia gama de usos. «Es una cuestión muy compleja», dice Wehner. Mientras QIA ofrece los componentes y sistemas de Internet cuántico, la propia Europa trabaja en el desarrollo de ordenadores cuánticos.

En junio de 2023, una asociación público-privada de la UE denominada Empresa Conjunta Europea para Computación de Alto Rendimiento anunció que seis países europeos adquirirían computadoras cuánticas: Alemania, República Checa, España, Francia, Italia y Polonia. El objetivo es garantizar que Europa esté a la vanguardia de la revolución de la tecnología cuántica. Los ordenadores cuánticos tendrán una capacidad de computación sin precedentes con múltiples aplicaciones, como la posibilidad de descifrar los algoritmos criptográficos en los que se basa la seguridad de la mayoría de los intercambios en Internet actual.

Una zona muy estudiada

Se espera que la mitad de los criptosistemas más utilizados puedan ser pirateados antes de finales de la década y Europa no es de ninguna manera la única parte interesada. China y Estados Unidos han logrado sus propios avances en la computación cuántica y la Internet cuántica en los últimos años.

Volviendo a la infraestructura, Europa ha tomado otro camino. Está desarrollando una infraestructura espacial y terrestre integrada para comunicaciones seguras, un elemento clave de la Internet cuántica. «Estoy orgulloso de poder decir que somos líderes en muchos ámbitos», comentó Wehner. Aunque todavía queda mucho por hacer en todos los países interesados, los posibles beneficios nos permiten presumir de nuevos avances e innovaciones en el corto plazo.

«Las nuevas aplicaciones de las redes cuánticas se están desarrollando a un ritmo bastante rápido», explicó Lanyon.

(La versión en inglés de este artículo se actualizó el 12 de octubre de 2023 para corregir una palabra en la cita de Stephanie Wehner en el párrafo decimotercer. La palabra correcta es probablemente (demostrable) en lugar de probablemente (probable))

La investigación descrita en este artículo fue financiada con fondos europeos. Artículo publicado originalmente en horizontela Revista de Investigación e Innovación de la Unión Europea.

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