Científicos alemanes hicieron recientemente un descubrimiento revolucionario en el campo de la tecnología cuántica que podría revolucionar la forma en que transferimos y gestionamos la información: la creación de la Internet cuántica utilizando nanoestructuras de diamante. Esta innovación podría aumentar las tasas de comunicación entre sistemas cuánticos separados por el espacio en unas asombrosas 1.000 veces.
Internet cuántico es una tecnología que utiliza las propiedades cuánticas de la materia para transferir información de forma segura y a velocidades increíblemente rápidas. A diferencia de Internet convencional, que usa bits para transferir información, Internet cuántica usa cúbits, que pueden estar en varios estados a la vez. Esto permite que la información se transfiera de forma más rápida y segura, lo que tiene implicaciones importantes para la seguridad de la información en la era digital.
El uso de nanoestructuras de diamante en la creación de Internet cuántica es una importante innovación en el campo de la tecnología cuántica. Estas estructuras son capaces de almacenar información en un estado cuántico, lo que permite una transferencia de información segura y rápida entre sistemas cuánticos separados. Los investigadores han demostrado que pueden generar fotones individuales de alta calidad a partir de estas nanoestructuras de diamante, lo que supone un paso importante hacia la creación de la Internet cuántica.
Diamante luminoso
El entrelazamiento cuántico permite a su vez que los cúbits, aunque estén separados entre sí por enormes distancias, interactúen instantáneamente entre sí, sin estar limitados por la velocidad de la luz.
Como el entrelazamiento cuántico es difícil de conseguir y de mantener en el tiempo, el diamante adquiere cada vez más importancia: posee una especie de impureza llamada Centro Nitrógeno-Vacante (NV center) que es especialmente atractiva por su luminiscencia y por su potencial de entrelazamiento cuántico.
Por ejemplo, el año pasado, investigadores del instituto QuTech (Países Bajos) consiguieron por primera vez transferir cúbits en una red desde un nodo a otro sin una conexión directa gracias al NV center.
Largas distancias
Desde 2012, los centros nitrógeno-vacantes, basados en defectos especiales de los diamantes, se utilizan también para almacenar bits cuánticos (cúbits) que emiten fotones individuales.
Sin embargo, si se quiere ir un paso más allá y transmitir datos en una red cuántica, todos los fotones emitidos por estos NV Centers deben recolectarse y transmitirse con total seguridad, algo que ya se ha conseguido a distancias significativas, como 248 kilómetros, gracias al entrelazamiento cuántico.
Sin embargo, si queremos que la información llegue a largas distancias, también es necesario que todos estos fotones tengan la misma frecuencia. Esto hasta ahora no había sido posible.
Fotones estables
Esta barrera tecnológica es la que ha sido superada por la nueva investigación, desarrollada por científicos de la Universidad Humboldt de Berlín, encabezados por Tim Schröder.
Han logrado generar y detectar fotones con frecuencias estables emitidos por centros nitrógeno-vacantes presentes en nanoestructuras de diamante fabricadas en laboratorio.
Estas nanoestructuras son 1.000 veces más delgadas que un cabello humano y, utilizadas como bits cuánticos, permiten transferir directamente los fotones emitidos por el NV Center a fibras ópticas de vidrio.
En esas nanoestructuras, el ruido de los electrones, que antes perturbaba la transmisión de datos, se puede reducir significativamente: los fotones se emiten a una frecuencia estable capaz de garantizar una comunicación cuántica de calidad a larga distancia.
Átomos extraños
Para reducir su impacto en la transmisión de información cuántica, los investigadores se han apoyado en una característica especial del material de diamante utilizado para la fabricación de esas nanoestructuras: tiene relativamente muchos átomos extraños (nitrógeno) en la red cristalina.
Estos átomos extraños protegen la fuente de luz cuántica de los electrones que interfieren en la superficie de la nanoestructura, consiguiendo así una comunicación de calidad inédita en los procesos cuánticos.
Gracias a la composición singular de esas nanoestructuras, este estudio ha conseguido que las tasas de comunicación entre sistemas cuánticos espacialmente separados se puedan multiplicar por más de 1.000, por lo que ha dado un salto cualitativo hacia el futuro Internet cuántico.
Todavía falta tiempo para que los nodos del Internet sean ordenadores cuánticos que se comunican entre sí por medio de enlaces cuánticos que canalizan la teleportación de información.
