Consiguen enviar mensajes cuánticos a través de una red de fibra óptica convencional

Un equipo de investigadores ha realizado con éxito un experimento con el que han conseguido enviar mensajes cuánticos a una distancia de 254 kilómetros a través de una red de telecomunicaciones de fibra óptica convencional en Alemania. El experimento, cuyos detalles se han publicado ya en la revista Nature, es obra de un equipo de científicos de Toshiba Europa, del Centro de Supercomputación y Redes de Poznan (Polonia) y de la Universidad Anglia Ruskin (Reino Unido), liderados por el investigador Mirko Pittaluga, de Toshiba.

No es la primera vez que se lleva a cabo un ensayo de este tipo, ya que entre otros, uno equipo de la Universidad de Harvard logró el año pasado entrelazar dos nodos de memoria cuántica situados a 35 kilómetros uno de otro utilizando fibra óptica en la zona de Boston.

Se trataba de una red cerrada de Internet entre dos puntos, que transportaba una señal codificada por partículas individuales de luz seguras, en vez de por bits clásicos como lo hace actualmente la red convencional. Pero en ambos casos los experimentos de envío de mensajes cuánticos han sentado los preliminares para lograr una red cuántica de comunicaciones, teóricamente más rápida y segura.

Además, este nuevo estudio supone un nuevo avance en el envío de mensajes cuánticos. Las pruebas han conseguido realizar una distribución cuántica de claves a través de una distancia que supera los 250 kilómetros y entre varias ciudades de Alemania. La distribución práctica de claves cuánticas es un método con el que dos partes pueden generar una clave secreta compartida segura contra intercepciones, basándose en los principios de la física cuántica.

El equipo que ha transmitido estos mensajes ha descrito además un procedimiento que permite distribuir datos cuánticos a través de cables de fibra óptica sin necesidad de utilizar refrigeración criogénica para poder conseguirlo. En lugar de eso, según Agencia Sinc, la solución se ha basado en detectores de fotones de avalancha (APDs), por lo que su implementación ha resultado más práctica y económica.

Mediante técnicas de estabilización de fase y sincronización de frecuencia entre nodos, los investigadores lograron mantener la coherencia entre las señales ópticas transmitidas desde los extremos de la red a un nodo receptor central. Durante la operación, que duró 7,5 horas, el sistema alcanzó una tasa de generación de clave secreta (SKR) de 110 bits por segundo, con una visibilidad de interferencia superior al 97%. Además, el sistema mostró una estabilidad de polarización mejor en condiciones reales que en laboratorio, gracias al uso de fibras ópticas subterráneas.

La red que se ha utilizado para el experimento, diseñada en estrella para una mayor escalabilidad, se desplegó en tres centros de datos de telecomunicaciones, situados en Frankfurt, Kehl y Kirchfeld, conectados a través de 254 kilómetros de fibra óptica comercial, una distancia para la distribución práctica de claves cuánticas en el mundo real considerada récord.

Según los investigadores, los mensajes cuánticos enviados a través de dicha red de telecomunicaciones representan el primer informe conocido de comunicaciones cuánticas coherentes, cuando se logra mantener los estados cuánticos mientras dura la retransmisión, empleando infraestructura comercial de telecomunicaciones existente.

Para Carlos Sabín, del Departamento de física teórica de la Universidad Autónoma de Madrid, «aunque existen experimentos similares que llegan a distancias incluso más grandes, lo más novedoso de estos nuevos resultados es que se usa fibra óptica comercial ya existente y no se añade tecnología más sofisticada y habitual en laboratorios de física cuántica, como cavidades o refrigeradores para temperaturas ultrabajas«.

El experto ha señalado también que el uso de fotones ópticos en este experimento permite realizar comunicaciones cuánticas a distancias muy grandes. Además, «estos nuevos resultados, con unas pequeñas tasas de error alrededor del 5 %, representan un paso adelante en la posibilidad de crear redes de comunicaciones basadas en la física cuántica e integradas en la tecnología de fibra óptica ya existente en nuestras ciudades«, aunque «conviene aclarar que estaríamos todavía en una etapa muy preliminar de desarrollo«.