Un avance extraordinario en el campo de la teleportación cuántica ha sido logrado por un grupo de investigadores de ICFO, que marca un hito significativo hacia la implementación de redes de telecomunicaciones cuánticas a larga distancia. La teleportación cuántica es una técnica que permite enviar información cuántica entre dos objetos cuánticos distantes mediante el entrelazamiento cuántico, haciendo que la información se destruya en un punto y aparezca en otro sin viajar físicamente. Este fenómeno ha despertado un gran interés debido a su potencial para revolucionar las comunicaciones y las redes cuánticas, posibilitando la transferencia ultrasegura de bits cuánticos a través de largas distancias.
Propuesta en los años 90, la teleportación cuántica ha sido objeto de múltiples demostraciones experimentales. Sin embargo, una de las cuestiones más desafiantes ha sido cómo hacerla práctica y fiable para la comunicación cuántica en una red extensa. Para que este proceso sea efectivo, se requiere una infraestructura compatible con la actual red de telecomunicaciones. Además, se necesita implementar una operación final sobre el cúbit teleportado, conocida como “feed-forward activo”, y utilizar una memoria cuántica que almacene el cúbit sin degradación hasta que se complete el proceso.
En esta línea de investigación, el equipo dirigido por el profesor Hugues de Riedmatten ha alcanzado un logro sin precedentes al teleportar información cuántica de un fotón a un cúbit de estado sólido, utilizando una memoria cuántica multiplexada. Publicados en la prestigiosa revista Nature Communications, estos resultados demuestran una técnica que emplea el “feed-forward activo” y la memoria cuántica multimodal, lo cual ha permitido maximizar la tasa de teleportación y mostrar una arquitectura compatible con canales de telecomunicaciones.
Los investigadores construyeron dos estaciones experimentales, denominadas Alice y Bob, conectadas por una fibra óptica de 1 km para emular la distancia física. En Alice, se creó un par de fotones entrelazados utilizando un cristal especial: uno de 606 nm, conocido como fotón señal, y otro de 1436 nm, compatible con la infraestructura de telecomunicaciones. El fotón de telecomunicaciones fue enviado a Bob a través de la fibra óptica, mientras que el fotón señal fue almacenado en una memoria cuántica en Alice.
Bob, por su parte, generó un tercer fotón, en el cual se codificó la información cuántica a teleportar. Al llegar el fotón de telecomunicaciones desde Alice, los fotones 2 y 3 interactuaron mediante una medición de estado de Bell, mezclando sus estados. Gracias al entrelazamiento inicial de los fotones 1 y 2, la información del fotón 3 fue transferida al fotón 1, almacenado en Alice.
Este innovador experimento utilizó la técnica de feed-forward activo para aplicar cambios de fase al fotón 1, asegurando que siempre se codificara el mismo estado. Asimismo, la memoria cuántica multiplexada permitió aumentar la tasa de teleportación, logrando una eficiencia tres veces mayor que la de una memoria cuántica monomodal.
Los logros del ICFO en 2021, cuando entrelazaron dos memorias cuánticas multimodales separadas por 10 metros, sentaron las bases para este avance. Como subraya Hugues de Riedmatten, la teleportación cuántica es esencial para el desarrollo del Internet cuántico del futuro. La compatibilidad de sus nodos cuánticos con la red de telecomunicaciones actual los convierte en una opción prometedora para la comunicación a larga distancia.
El equipo ya trabaja en mejorar la tecnología para extender esta configuración a mayores distancias y estudiar la transferencia de información entre distintos tipos de nodos cuánticos, lo que permitirá la creación de un Internet cuántico capaz de distribuir y procesar información entre lugares remotos de manera eficiente y segura.
