Un avance reciente en la tecnología cuántica podría allanar el camino para una Internet cuántica a escala global, ampliando significativamente el rango en el que las computadoras cuánticas pueden comunicarse entre sí. Las computadoras cuánticas, que antes estaban limitadas por la distancia, pronto podrían conectarse entre continentes gracias a un nuevo método de construcción de componentes clave.
La barrera de la distancia en la comunicación cuántica
Las computadoras cuánticas poseen capacidades de procesamiento y velocidad notables, pero utilizar eficazmente esta potencia requiere una red sólida e interconectada. Actualmente, un obstáculo importante es la dificultad de conectar estos ordenadores a largas distancias. Hasta ahora, la distancia máxima para la comunicación a través de cable de fibra óptica estaba restringida a unos pocos kilómetros. Por ejemplo, incluso con cables de fibra conectados, una computadora cuántica en el campus South Side de la Universidad de Chicago no pudo establecer una conexión con una ubicada en la Torre Willis del centro de Chicago.
Un aumento de 200 veces en el rango de conexión
La investigación publicada hoy en Nature Communications por el profesor asistente Tian Zhong de la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular de la Universidad de Chicago (UChicago PME) propone una solución a esta limitación. En teoría, el método de Zhong extiende la distancia máxima de conexión a la asombrosa cifra de 2.000 kilómetros (1.243 millas). Este cambio significa que la misma computadora cuántica de UChicago que antes no podía llegar a la Torre Willis ahora podría conectarse y comunicarse con una contraparte en Salt Lake City, Utah.
“Por primera vez, la tecnología para construir una Internet cuántica a escala global está a nuestro alcance”, afirmó Zhong, quien recientemente recibió el prestigioso Premio Sturge por su trabajo.
La ciencia detrás del avance
Vincular computadoras cuánticas implica establecer un entrelazamiento cuántico entre átomos transmitidos a través de un cable de fibra. Cuanto más tiempo mantengan estos átomos entrelazados coherencia cuántica (esencialmente, su capacidad para mantener un estado cuántico), mayor será la distancia entre las computadoras que pueden vincularse.
Zhong y su equipo mejoraron significativamente los tiempos de coherencia cuántica al mejorar la fabricación de átomos de erbio, un elemento crucial en la creación de entrelazamiento. Aumentaron los tiempos de coherencia de 0,1 milisegundos a más de 10 milisegundos, y en un caso alcanzaron los 24 milisegundos. En teoría, esta mejora permitiría que las computadoras cuánticas se conectaran a distancias de 4.000 kilómetros, aproximadamente la distancia entre UChicago PME y Ocaña, Colombia.
No son nuevos materiales, sino un nuevo método
La innovación no se trataba de nuevos materiales, sino más bien de cómo se construyen esos materiales. Los investigadores utilizaron una técnica llamada epitaxia de haz molecular (MBE) en lugar del tradicional método Czochralski para crear los cristales dopados con tierras raras necesarios para el entrelazamiento cuántico.
El método Czochralski, explicó Zhong, es como “un crisol” donde los ingredientes se mezclan y se funden a temperaturas extremadamente altas (más de 2.000 grados Celsius) antes de enfriarse lentamente para formar un cristal. Luego, estos cristales se “tallan” químicamente en componentes de computadora. Por el contrario, MBE es más parecido a la impresión 3D, construyendo el cristal capa por capa.
“Comenzamos con nada y luego ensamblamos este dispositivo átomo por átomo”, dijo Zhong. “La calidad o pureza de este material es tan alta que las propiedades de coherencia cuántica de estos átomos se vuelven magníficas”.
Adaptación de técnicas existentes
Si bien la MBE es una técnica conocida, nunca se había aplicado para crear este tipo específico de material dopado con tierras raras. Zhong y su equipo colaboraron con el profesor asistente Shuolong Yang de UChicago PME, un experto en síntesis de materiales, para adaptar MBE para este propósito.
Validación de expertos
El avance ha recibido elogios de los principales expertos en el campo. “El enfoque demostrado en este artículo es muy innovador”, afirmó el profesor Dr. Hugues de Riedmatten del Instituto de Ciencias Fotónicas. “Esto demuestra que un enfoque de nanofabricación ascendente y bien controlado puede conducir a la realización de qubits de iones de tierras raras únicos con excelentes propiedades ópticas y de coherencia de espín”.
¿Qué sigue?
Zhong y su equipo ahora se centran en probar si los tiempos de coherencia extendidos permiten conexiones cuánticas reales a larga distancia. Su siguiente paso implica conectar dos qubits (cada uno alojado en refrigeradores de dilución separados dentro del laboratorio de Zhong) a través de 1.000 kilómetros de cable enrollado. Esta prueba inicial, aunque no es el paso final, resultará crucial para validar la tecnología y acercar la visión de una Internet cuántica global a la realidad.
Este avance representa un paso significativo hacia un futuro en el que las computadoras cuánticas puedan interconectarse sin problemas, desbloqueando un poder computacional sin precedentes e impulsando la innovación en numerosos campos.
