La Internet cuántica está cada vez más cerca: ¿para qué sirve y qué pasará con la red actual?

La Internet cuántica suena a ciencia ficción. Comunicarse a través de información que siga las propiedades de la física cuántica, de conceptos tan complejos y escurridizos, parece ajeno a la realidad de todos los días. Pero la ciencia avanza y a paso redoblado. Los primeros experimentos en entornos urbanos, fuera de la serenidad de los laboratorios, demostraron que es posible, que esa red cuántica está ya al alcance de la mano.

Internet -la internet que conocemos hoy- es un canal colosal que permite que las personas compartan entre sí información en forma de bits, sin importar donde se encuentren, sin importar que los separe miles y miles de kilómetros. La Internet cuántica que se avecina introduce un concepto, el de los qubits, que equivalen a información cuántica que se enviaría a través de enlaces dentro de la nueva red.

“De manera similar a cómo funciona la Internet clásica, se trata fundamentalmente de mover e intercambiar bits, las unidades básicas de información. Se supone que la Internet cuántica hace lo mismo con los qubits, unidades básicas de información cuántica: mientras un bit tiene el valor 0 o 1, un qubit coloca esos valores en una superposición, por lo que, en cierto modo, mantiene ambos”, explicó Harun Šiljak profesor de la Escuela de Ingeniería de la Trinity College Dublin, en diálogo con Infobae.

El experto en sistemas cuánticos aclaró que esa superposición da lugar a un cálculo mucho más rápido del que vemos hoy. La información se enviaría en cuestión de microsegundos y bajo un marco de seguridad casi inviolable. “Gran parte de lo que hoy llamamos Internet cuántica es fundamentalmente una red criptográfica, diseñada para intercambiar pares de qubits entrelazados que se convierten en la clave secreta compartida para las partes que desean intercambiar información de forma segura”, precisó.

La mayoría de los especialistas coinciden en que la Internet cuántica que está dando sus primeros pasos coexistirá con la Internet actual por una simple razón: sus aplicaciones son otras. Los qubits se podrán convertir en claves de cifrado para compartir información financiera o médica de forma segura, sin posibilidad de hackeos.

Pero… ¿por qué sería tan segura? “La Internet cuántica distribuye información codificada en estados mecánico-cuánticos, lo que permite una amplia gama de nuevas aplicaciones con las que la Internet clásica es incompatible. Cualquier intento de espiar la comunicación perturbaría los estados cuánticos, alertando a las partes que se comunican”, respondió a Infobae Can Knaut, investigador del Laboratorio Cuántico de la Universidad de Harvard, quien integró el equipo que llevó a cabo uno de los experimentos más ambiciosos hasta la fecha.

La seguridad no sería su única ventaja. También permitiría conectar varias computadoras cuánticas entre ellas, lo que haría que trabajen juntas para resolver problemas matemáticos más complejos. Le daría la posibilidad, a su vez, a los usuarios de ejecutar algoritmos en computadoras basadas en la nube, que se conectarían a recursos informáticos distribuidos

“Estos son algunos de los ejemplos más conocidos, pero el campo que investiga casos de uso es muy activo. Una cosa que realmente ayudaría a encontrar más casos de uso es llevar esta tecnología desde un entorno de laboratorio al mundo real y acercarla a más personas, tanto investigadores como usuarios finales, algo en lo que hemos dado grandes pasos con nuestro trabajo reciente”, remarcó Knaut.

Claro que la implementación presenta desafíos, por no decir dificultades, que recién ahora empiezan a sortearse en algunos pruebas fuera del laboratorio. Todavía se trata de experimentos de corto alcance, que chocan con la barrera de la escala. Si bien montar una red cuántica que cubra una ciudad entera o, más aún, un país es una cuenta pendiente, los pasos en esa dirección son cada vez más decididos.

Tanto la computación cuántica como la comunicación que habilitaría una internet de ese tipo luchan contra la escala. Para las computadoras cuánticas, explicó Šiljak, es difícil mantener muchos qubits funcionando al mismo tiempo: son objetos muy sensibles y mantenerlos a todos en línea, en un proceso que se llama “coherencia”, depende de algoritmos altamente sofisticados y de una infraestructura robusta.

“Por eso aún no hemos visto computadoras cuánticas realmente grandes que puedan tener la capacidad de resolver todos esos problemas que suelen mencionarse como revolucionarios en informática: simulaciones a gran escala o descifrado de protocolos criptográficos”, subrayó el investigador.

La dificultad principal radica en la transmisión de los mensajes. En el Internet tradicional, un usuario puede enviar copias múltiples de información, del mismo bit exacto, a un sinfín de destinatarios. Esa cualidad va en contra de un principio fundamental de la comunicación cuántica conocido como “teorema de no clonación”.

El teorema respalda la idea de una comunicación más segura, hasta secreta, entre dos partes. No pueden existir copias de los qubits. Sin embargo, ese beneficio esconde una desventaja: hace más difícil amplificar un mensaje, una señal de información original solo se puede transmitir una vez y a una persona.

“En las comunicaciones clásicas, se puede recibir información cuántica en un nodo intermedio, amplificarla y enviarla al destinatario principal, asegurándose de que la señal sea lo suficientemente fuerte como para compensar las pérdidas en el medio. En el caso de la información cuántica, su envío no puede realizarse mediante copia, por lo que necesitamos formas muy inteligentes de crear repetidores cuánticos”, advirtió Šiljak.

La comunicación se basa en estados cuánticos codificados en partículas individuales de luz, llamadas fotones, que se conectan entre nodos. En distancias largas, la luz se debilita y, debido a que la información cuántica no se puede copiar ni amplificar con facilidad, la pérdida de señal impide, por el momento, que se desarrollen redes de Internet cuántica a escalas metropolitanas.

A su vez, explicó Knaut, cada nodo de la red requiere sistemas cuánticos de alto rendimiento que puedan almacenar y procesar información, e interactuar fuertemente con la luz. “Proteger estos frágiles sistemas del ruido ambiental y, al mismo tiempo, mantener un control preciso es un gran desafío”, consideró.

Al margen de lo técnico, hoy también hay una barrera de costo. Los dispositivos y el hardware que se usan para conectar computadoras cuánticas son muy voluminosos y caros, lo que dificulta la fabricación de muchos de estos nodos. Recién se ven las primeras experiencias de pequeña escala, pero se espera que las pruebas cubran cada vez más kilómetros en los próximos años.

En los últimos años, más bien en los últimos meses, los experimentos empezaron a salir de la calma de los laboratorios, donde ya se confirmó que es posible enviar información entre computadoras cuánticas, para adentrarse en el caos reinante de las ciudades. En tres países -Estados Unidos, China y Países Bajos- ya se hicieron pruebas exitosas dentro del ámbito urbano, con infraestructuras rocosas que permitieron concretar, aunque sea a baja escala, Internet cuántica.

En los tres casos, los investigadores se sirvieron de la fibra óptica ya existente, lo cual es un indicio de que en un futuro ambas redes -la tradicional y la cuántica- coexistirán y se utilizarán para distintas aplicaciones. En China, por caso, usaron cristales con átomos de rubidio, un metal alcalino habitual en la comunicación cuántica y, gracias al establecimiento de un servidor central, lograron que la información viaje unos 12,5 kilómetros de distancia.

Uno de los últimos experimentos es el que se hizo en Países Bajos. Los investigadores usaron átomos de nitrógeno incrustados en diamante para conectar dos computadoras a 10 kilómetros de distancia a través de una red de 25 kilómetros de largo y un servidor central.

Ante la consulta de Infobae, desde QuTech, la empresa a cargo, dijeron que su prueba permitió demostrar que es posible conectar dos pequeños procesadores cuánticos ubicados en dos ciudades distintas a través de la misma fibra que alimenta el Internet convencional. “Tuvimos que hacer mucha ingeniería y desarrollo para que esto sucediera, principalmente para superar la pérdida de fotones a esas distancias”, comentaron.

Solo unos meses atrás, un equipo formado por científicos de Harvard pudo establecer la que hasta el momento es la red más extensa: la información cuántica recorrió 35 kilómetros de largo a través de Boston. Los qubits pasaron por cuatro municipios y cruzaron el río Charles seis veces.

“Construimos una red de dos pequeñas computadoras cuánticas capaces de procesar información cuántica para generar y almacenar entrelazamientos entre qubits durante máximo un segundo. Logramos demostrar la distribución del entrelazamiento cuántico a través de una fibra de 35 km enrutada a través del ajetreado entorno urbano de Boston, mostrando la viabilidad de redes cuánticas a escala metropolitana y poniendo al alcance conexiones de mayor distancia”, remarcó Knaut.

-¿Cuáles son los siguientes pasos?

-En nuestra primera prueba fuera del laboratorio, pudimos demostrar la viabilidad del entrelazamiento cuántico a larga distancia en condiciones del mundo real y allanar el camino para redes cuánticas más robustas y escalables. Ahora estamos trabajando para ampliar el rendimiento de nuestra red agregando nodos y experimentando con más protocolos.

A medida que estos sistemas abandonen su estatus de experimento de física y se vuelvan una tecnología madura, se verán redes cada vez más grandes, tanto en la distancia que alcancen como en la cantidad de personas conectadas. Hay quienes avizoran que ya al final de la década se podrá hablar de una Internet cuántica que cubra mil kilómetros de distancia.