Conversión entre luz y sonido, estrategia para hacer viable la internet cuántica

Al transferir información entre dos ordenadores cuánticos a distancia (o entre muchos en una internet cuántica), la señal se verá rápidamente ahogada por el "ruido". La cantidad de ruido en un cable de fibra óptica aumenta exponencialmente cuanto más largo es el cable. Al final, los datos ya no pueden descodificarse.

La internet clásica y otras grandes redes informáticas convencionales resuelven este problema del ruido amplificando las señales en pequeñas estaciones a lo largo de las rutas de transmisión. Pero para que los ordenadores cuánticos apliquen un método análogo, primero deben traducir los datos a sistemas numéricos binarios ordinarios, como los que utiliza un ordenador normal.

Esto no es posible. Hacerlo ralentizaría la red y la haría mucho más vulnerable a los ciberataques, ya que las probabilidades de que la protección clásica de los datos sea eficaz en una red de ordenadores cuánticos son muy bajas.

Un equipo encabezado por Mads Bjerregaard Kristensen, del Instituto Niels Bohr, adscrito a la Universidad de Copenhague en Dinamarca, ha ideado un modo de evitar todos esos problemas. La solución propuesta pasa por la conversión entre luz y sonido mediante un dispositivo que ha sido descrito como un tambor cuántico. Este dispositivo puede almacenar en forma de vibraciones sónicas los datos recibidos en forma de luz, y luego reconvertir las señales y reenviarlas.

El tambor cuántico es una pequeña membrana de un material cerámico similar al vidrio, con agujeros diseminados en un patrón ordenado a lo largo de sus bordes.

Cuando se golpea el tambor con la luz de un láser, empieza a vibrar, y lo hace tan rápido e imperturbablemente que entra en juego la mecánica cuántica.

Mads Bjerregaard Kristensen. (Foto: University of Copenhagen)

El equipo de investigación y desarrollo ha demostrado que los datos cuánticos de un ordenador cuántico emitidos como señales luminosas, por ejemplo, a través del tipo de cable de fibra óptica que ya se utiliza para las conexiones a internet de alta velocidad, pueden almacenarse como vibraciones en el tambor cuántico y luego reenviarse, sin que se produzca la temida decoherencia cuántica, o sea el paso desde el útil estado de entrelazamiento cuántico a un estado físico clásico, inservible para la comunicación cuántica.

Esta especie de memoria cuántica temporal puede, en definitiva, ser la clave para enviar información cuántica a grandes distancias

Otros equipos de investigación en diversas partes del mundo trabajan en métodos alternativos para lograr esas amplificaciones que eviten la pérdida de señal, como por ejemplo transferir los datos cuánticos portados por los fotones a un sistema atómico, pero trabajar a escala tan pequeña, con los electrones de cada átomo, es sumamente difícil, tiende a ser inestable y tiene bastantes limitaciones.

En cambio, el tambor cuántico brinda la flexibilidad y la estabilidad idóneas.

Mads Bjerregaard Kristensen y sus colegas exponen los detalles sobre sus experimentos con tambor cuántico en la revista académica Physical Review Letters, bajo el título "Long-lived and Efficient Optomechanical Memory for Light". (Fuente: NCYT de Amazings)