Comunicación cuántica demostrada en condiciones reales de la ciudad

Un mensaje cifrado cuántico que contenía más de un bit de información en cada partícula de luz se transmitió por primera vez a través del aire entre dos edificios en una ciudad de la vida real, una demostración que podría simplificar la comunicación cuántica y hacerla más viable en el futuro, según un estudio reciente.

Los científicos demostraron previamente en condiciones de laboratorio que una sola partícula de luz, o fotón, podría codificar múltiples bits de información. Pero hasta ahora, el experimento nunca se había demostrado en un escenario del mundo real.

"Hasta ahora, las personas han hecho la comunicación cuántica de tal manera que pueden enviar cero o uno: un bit de información", dijo el autor principal del estudio Ebrahim Karimi, profesor asistente en el Departamento de Física de la Universidad de Ottawa. [ Los 9 números más masivos en existencia ]

"El problema es que para cada letra, necesitas enviar ocho señales, ocho ceros o unos. Y eso es realmente difícil", dijo Karimi a Live Science. "Se pierde una señal y luego se pierde toda la carta, todo el mensaje".

Cifrar información en los estados cuánticos de partículas como fotones en múltiples dimensiones simplificaría considerablemente todo el proceso, según Karimi.

"En lugar de enviar muchos fotones, o muchas señales electrónicas, puedo enviarte un solo pulso, que contiene un archivo de información", dijo. "Eso sería increíble. Esto es lo que llamamos codificación superdensa".

El método probado por Karimi y su equipo puede reducir el número de fotones requeridos para transmitir un mensaje en un 50 por ciento, según el estudio.

Durante el experimento, Karimi y su equipo enviaron con éxito fotones que contenían dos bits de información entre dos edificios de la Universidad de Ottawa que se encontraban a 984 pies (300 metros) de distancia.

Según Karimi, el uso de codificación de alta dimensión también reforzaría la seguridad, haciendo que el canal de comunicación cuántica sea más resistente al "ruido" del clima u otras influencias externas.

"En la comunicación cuántica unidimensional, si el ruido llega al 11 por ciento [de la señal], el canal ya no es seguro", dijo Karimi. "Sin embargo, el límite aumentará al 19 por ciento, si trabaja con cuatro dimensiones".

Ahora los investigadores desearían experimentar enviando y recibiendo mensajes encriptados cuánticos de alta dimensión a distancias de hasta 3.5 millas (5.6 kilómetros), para poder usar la técnica en la escala de la ciudad. Sin embargo, hay desafíos importantes que deberán superarse.

"La mayor dificultad es la turbulencia ya que la luz se transmite a través de la atmósfera", dijo Karimi. "En nuestro experimento, estamos enviando un solo fotón, por lo que es realmente difícil. Tienes que enviarlo para ir bajo cierto ángulo y utilizar un telescopio complicado con una electrónica sofisticada". [ Física absurda: las pequeñas partículas más frescas en la naturaleza ]

Los investigadores utilizaron equipos desarrollados por sus colegas de la Universidad de Nápoles Federico II, en Italia, que se probaron previamente en el laboratorio. El dispositivo se basa en la tecnología de cristal líquido para polarizar un haz de luz que pasa para codificar la información. Para los propósitos del experimento, los investigadores tuvieron que construir cobertizos en la azotea para proteger el equipo del clima.

La tecnología podría algún día ser utilizada como parte de un sistema global de comunicación cuántica que incluiría redes terrestres y satélites, dijeron los investigadores.

Los científicos de todo el mundo están centrando sus esfuerzos en la criptografía cuántica como una forma de aumentar la seguridad en el mundo digital. Todos los mensajes, transacciones e intercambios de datos entre usuarios de Internet están codificados a través de complejos algoritmos matemáticos. Sin embargo, con los desarrollos recientes en la computación cuántica, los expertos temen que tales algoritmos matemáticos ya no sean seguros en el futuro. Se espera que las computadoras cuánticas, una vez que se conviertan en realidad, sean capaces de realizar múltiples cálculos al mismo tiempo. Como tal, la encriptación cuántica podría ser la respuesta a las preocupaciones de seguridad, dicen los expertos, porque es intrínsecamente irrompible .

"No existe un método de clonación que signifique que no se puede copiar la información a la perfección", dijo Karimi. "El segundo punto es que en el mundo cuántico, todo está indefinido, todo está borroso. No sabes cuál es el valor a menos que lo midas".

Sin embargo, medir la partícula afecta la partícula y, por lo tanto, el mensaje que contiene, dijo Karimi. Esto significa que una tercera persona que escucha a escondidas la comunicación entre A y B sería atrapada inmediatamente.

A principios de este año, en julio, los científicos chinos informaron un hito importante en el desarrollo del cifrado cuántico cuando transmitieron con éxito los fotones enmarañados de un satélite a una estación terrestre.

Los hallazgos del estudio fueron publicados en línea el 24 de agosto en la revista Optica .