De la mano de Google, IBM y otras empresas de tecnología, los ordenadores cuánticos están cada vez más cerca de ser una realidad. Sí, se habla de computadoras más rápidas y eficaces, capaces de solucionar problemas y descifrar criptografía en un tiempo récord. Sin embargo, esto también nos obliga a pensar en un internet cuántico, una conexión y un canal de comunicación que pueda resistirse ante este ordenador.

En medio de la segunda revolución cuántica, el internet cuántico puede ser el sueño de muchos científicos: aprovechar las propiedades cuánticas para crear una conexión imposible de hackear. Pero ¿qué es el internet cuántico?, ¿cómo funciona?, ¿cómo cambiaría nuestras comunicaciones? Acompáñanos a descifrar la apuesta futura para las comunicaciones.

El futuro será cuántico o no será. Y el mañana que nos espera es apasionante. La cuántica nos permitirá hacer lo que hasta ahora solo podíamos soñar.
José Ignacio Latorre

(En entrevista para BBC)

¿Qué es el internet cuántico?

Internet Cuántico qué es

El internet cuántico busca aprovechar las propiedades cuánticas de los fotones y electrones para enviar mensajes y procesar información de una manera nunca antes vista. Lo que lo hace tan interesante es la gran protección y velocidad que ofrece a los usuarios.

Este nace de la necesidad de un canal que ayude a comunicar dos aparatos cuánticos entre sí; teniendo en cuenta que las computadoras cuánticas se construyen de distintos tipos (partículas de luz, cúbits, iones atrapados).

De esta forma, se requería un canal que pudiera procesar los cúbits y transmitirlos a otros dispositivos cuánticos que estuvieran físicamente separados. Esta es la función del internet cuántico, que lo lograría aprovechando los estados únicos de la tecnología cuántica.

Existen dos abordajes para este desarrollo. El primero es la utilización de fotones, partículas de luz; el otro es hacer esfuerzos para que la luz interactúe con la materia. En todo caso, para tener una red de internet cuántico se requiere satélites o repetidores cuánticos que puedan dar continuidad a la luz. De esta forma, las partículas de luz de los fotones podrán aprovechar los estados cuánticos para enviar mensajes imposibles de hackear.

Es importante aclarar que el internet cuántico no reemplazará el internet que conocemos. En cambio, funcionaría de manera paralela, como un complemento para ciertos sectores.

Tecnología cuántica

Para entender el internet cuántico resulta esencial comprender cómo funciona la tecnología cuántica.

Un computado cuántico funciona con cúbits, que deben poder enviarse a otros computadores cuánticos separados físicamente. El sistema es similar a la computación tradicional; sin embargo, la diferencia radica en la unidad mínima de información. La estándar usa los bits, mientras que la cuántica usa los cúbits y sus estados.

¿Qué son los bits y los cubits? Los bits son las unidades mínimas de información que utilizan los ordenadores tradicionales. Tienen un valor de 0 o 1, de manera absoluta. Por su parte, los cúbits pueden ser 1 y 0 al mismo tiempo. Es decir, pueden existir en estados intermedios y puede ser manipulado arbitrariamente.

Para ello, se utilizan dos fenómenos de la mecánica cuántica: la superposición y el entrelazamiento. La superposición afirma que un sistema físico existe en todos sus posibles estados teóricos de forma simultánea. Es decir que un cúbit puede ser 0 y 1 al mismo tiempo; una cosa puede ser varias al mismo tiempo.

Por otro lado, el entrelazamiento explica que los estados cuánticos de dos o más objetos se deben describir mediante un estado único que involucra a todos los objetos del sistema. Es decir, las partículas (o datos) están entrelazadas e interactúan simultáneamente. En este estado, las partículas cuánticas comparten la misma existencia a pesar de estar a grandes distancias. Cualquier cambio en una de las partículas resultará en cambios en la otra partícula.

Así, el estado del primer cúbit se podrá leer mirando el comportamiento de su contraparte entrelazada. Esta propiedad es esencial al hablar de comunicación cuántica. El entrelazamiento permitiría transmitir información sin la necesidad de un canal físico.

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¿Cómo funcionará el internet cuántico?

Internet Cuántico funciona

Antes de que cualquiera de los beneficios del internet cuántico vea la luz, los científicos deben resolver cómo construirlo. Los fenómenos que acompañan la mecánica cuántica dificultan esta implementación.

Para comenzar, esta tecnología requiere el desarrollo de sistemas de almacenamiento de gran capacidad y potencia, acompañados de potentes imanes. Esto implica que se necesitan temperaturas muy bajas para su funcionamiento y un elevado costo de mantenimiento.

Otra de las dificultades es que la información cuántica suele degradarse con el tiempo. Asimismo, se requiere un software para que funcione, que todavía no ha sido desarrollado.

Uno de los objetivos de las investigaciones es resolver cómo ampliar la distancia del entrelazamiento. La información se expande mediante fotones creados al mismo tiempo y lugar. Luego, se envían a diferentes ubicaciones, apoyándose en el entrelazamiento para enviar el mensaje. Sin embargo, es frágil y con una pequeña interacción, se destruyen.

Existen varios abordajes para desarrollar el internet cuántico. China, por ejemplo, optó por la tecnología satelital. De hecho, logró romper récords en el entrelazamiento inducido por satélites de 745 millas. El siguiente paso será ampliar la infraestructura, dado que hasta el momento todos los experimentos se han hecho entre dos puntos.

Por su parte, Estados Unidos le apuesta a la fibra óptica. El problema de esta tecnología es que la señal se deteriora porque los cables pueden absorber los fotones. Así, resulta necesario crear una red de repetidores cuánticos que reparen la señal y aumenten la distancia para enviar el mensaje. Hasta el momento, las partículas han permanecido entrelazadas a través de la fibra óptica en un «bucle cuántico» de 52 millas sin la necesidad de repetidores.

El objetivo es lograr un desarrollo nacional y posteriormente uno internacional. Sin embargo, esto solo se logrará hasta dentro de algunas décadas.

Aplicaciones del internet cuántico

Internet Cuántico aplic

El internet cuántico destacaría por su baja latencia, su velocidad y su seguridad. Dado que las partículas están entrelazadas, la comunicación entre ellas es instantánea, a pesar de la distancia que las separe. De esta forma, una acción en una partícula debería tener un efecto inmediato en la otra. Junto con la imposibilidad de espiar los mensajes, el potencial de esta tecnología es enorme.

Es importante señalar que el internet cuántico no tendrá las mismas funciones que el internet clásico. Es decir, a través de él no podremos ver el correo, enviar mensajes de WhatsApp, ni ver redes sociales. Sus aplicaciones suelen ser más especializadas.

Gracias a su velocidad, los GPS podrían ser mucho más precisos, lo que permitiría tener un mapa del campo gravitacional de la Tierra tan preciso que los científicos podrían ver las ondas gravitacionales.

Además, permitiría teletransportar fotones desde telescopios hasta observatorios virtuales. De igual forma, podría ayudar a llevar a cabo experimentos de astronomía, elaboración de nuevos materiales y más.

Sistemas de distribución de clave cuántica

Una de las aplicaciones más importantes es en los sistemas de distribución de clave cuántica (QKD). En la comunicación clásica, la manera de protegerla es por medio de encriptaciones matemáticas cuya clave se comparte entre los usuarios. Se basa en algoritmos para hacerlos difíciles de vencer para los hackers; sin embargo, no es imposible.

El sistema de distribución de clave cuántica trabaja con una de las partes encriptando la información en cúbits. El remitente transmite los cúbits a otra persona, quien debe medir los cúbits para obtener los valores de la clave.

Una vez se observa el cúbit, el estado en el que se encuentra se rompe, por lo que el mensaje se destruye. Si una persona trata de leer el mensaje destruirá la información cuántica. De hecho, ni siquiera una computadora cuántica podría decodificar y mantener el mensaje.

De esta forma, si un hacker mira dentro de los cúbits, cambiará su estado. Así, no solo no podrá saber qué información contenía, sino que se sabrá que alguien trató de verlo.

Sin embargo, esta tecnología está en estados tempranos. Por el momento, el QKD consiste en enviar los cúbits de manera unidireccional a través de cables de fibra óptica, lo que limita la efectividad.

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El futuro del internet cuántico

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El estado actual de la tecnología cuántica todavía es todavía muy incipiente y experimental frente a las expectativas que se tienen. De hecho, la creación de un internet cuántico que funcione de manera generalizada requerirá algunas décadas de avances tecnológicos.

Las investigaciones de la comunicación cuántica se enfocan en codificar, comprimir y transmitir información gracias a los estados cuánticos. Se espera que se pueda enviar una gran cantidad de datos con un solo nodo. De esta forma, el internet cuántico realizaría tareas que se puedan hacer mejor en un computador cuántico que en uno clásico.

El enfoque satelital, la mejor opción

Como se mencionó antes, los investigadores tienen dos enfoques para la construcción del internet cuántico: construirlo en Tierra o redirigirlo al espacio. Algunos opinan que las redes basadas en el espacio tienen mucha más probabilidad de funcionar, pues nada deteriora las señales. Sin embargo, esto también implica mayores costos.

El enfoque espacial habla de crear una constelación de satélites habilitados para física cuántica que puedan transmitir fotones entrelazados. Los fotones se transmitirían de un mismo satélite a dos estaciones distintas en la Tierra. De esta forma, se entrelazan y pueden intercambiar mensajes.

Este enfoque fue probado por China con el satélite Micius. Ellos demostraron que los fotones pueden viajar más lejos con esta tecnología sin que se deterioren los fotones.

Sin embargo, todavía faltan investigaciones sobre el número de satélites necesarios y su altitud ideal para obtener una cobertura global. Es importante tener en cuenta que un número menor de satélites podría proporcionar cobertura global a una gran altitud. Sin embargo, una gran altitud conduciría a una mayor pérdida de fotones. Satélites a distancias bajas, solo pueden abarcar distancias más cortas.

A pesar de esta dificultad, muchos afirman que este enfoque supera a los sistemas terrestres. En el enfoque terrestre, por su parte, se requiere un repetidor cuántico que repare el mensaje a cada 200 km. Es decir, harían falta demasiados para lograr largas distancias.

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Palabras finales

El internet cuántico es una gran apuesta de los gobiernos. Su potencial es enorme, pero sus obstáculos a superar, también. Es probable que no podamos ver unos resultados contundentes en este campo en el corto o mediano plazo.

Sin embargo, en algunas décadas, cuando inevitablemente esta tecnología se imponga, podremos ver sus efectos. Como siempre cuando se habla de tecnología, podrán surgir aplicaciones no previstas que den aún más valor a todo el trabajo científico que permitió su creación.

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