Internet cuántica fiable en ausencia de un reloj común

En la informática convencional se suele dar por hecho que todos los sistemas comparten un mismo tiempo y un entorno estable. Sin embargo, en situaciones donde pueden darse efectos cuánticos y/o relativistas esta suposición deja de ser válida. Cuando los dispositivos están en movimiento (como satélites, aviones o drones) o situados a distintas alturas, sus relojes no avanzan exactamente al mismo ritmo, un efecto bien conocido por la relatividad de Einstein y que, por ejemplo, ya debe corregirse en los sistemas GPS. En los sistemas cuánticos, estas pequeñas diferencias temporales y geométricas pueden tener consecuencias muy importantes. Los bits cuánticos son extremadamente sensibles a errores de sincronización, al “ruido” y a las variaciones de fase, lo que dificulta que la información se transmita de forma fiable en redes distribuidas.

Un problema invisible, pero crucial

Hasta ahora, muchos modelos de comunicación cuántica trataban estos efectos relativistas —movimiento, gravedad o falta de simultaneidad— como perturbaciones externas, sin integrarlos plenamente en la lógica del cálculo y de la red. Esto limita la utilidad de dichos modelos cuando se quiere pasar de demostraciones de laboratorio a infraestructuras reales.

En España, dos investigadores, Joaquín Ordieres Meré, de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), y Javier Villalba Díez, de la Universidad de La Rioja, han ideado ahora una forma sistemática de “ordenar” matemáticamente los procesos cuánticos teniendo en cuenta la geometría del espacio-tiempo. En otras palabras, su innovador sistema ofrece un lenguaje común que permite describir qué operaciones cuánticas son físicamente posibles, en qué orden pueden ocurrir y cómo se ven afectadas por el movimiento o la curvatura del espacio-tiempo.

Importancia para la sociedad

El desarrollo de redes cuánticas fiables abre la puerta a aplicaciones clave en distintos ámbitos de interés social y estratégico, como las comunicaciones seguras y la gestión de crisis, donde la distribución cuántica de claves permitiría intercambios de información a prueba de escuchas incluso a través de satélites o plataformas en movimiento; la banca y las infraestructuras críticas, que requerirán nuevas capas de seguridad frente a amenazas futuras, incluidas las que podrían surgir con la llegada de ordenadores cuánticos más potentes; y también el ámbito de la salud y la telemedicina, donde la transmisión segura de datos sensibles y la comunicación fiable en entornos móviles o remotos resultan cada vez más necesarias.

En todos estos escenarios, la falta de un “reloj mundial común” y los efectos relativistas no son detalles técnicos menores, sino factores que pueden degradar la calidad de la comunicación si no se tienen en cuenta desde el diseño.

Recreación artística del concepto de “reloj” en las comunicaciones cuánticas. (Ilustración: Amazings / NCYT)

Una contribución teórica

Joaquín Ordieres destaca que “este trabajo no pretende ofrecer una tecnología lista para usar ni promete soluciones inmediatas. Se trata de una aportación más básica, pero también esencial: una base matemática clara y verificable que permite simular sistemas cuánticos de forma más realista, diseñar protocolos más robustos y entender mejor cómo influyen el ruido, los errores y las limitaciones físicas fundamentales”.

Los avances teóricos de este tipo son los que, a largo plazo, pueden contribuir a hacer posible que tecnologías complejas como las necesarias para armar la internet cuántica pasen del laboratorio a aplicaciones reales y fiables.

Joaquín Ordieres y Javier Villalba exponen los detalles técnicos de su marco teórico en la revista académica Quantum Studies: Mathematics and Foundations, bajo el título “Triangulated relativistic quantum computation: a curvature-modulated unification of quantum and relativistic computing”. (Fuente: UPM)