Se ha logrado un paso significativo hacia una Internet cuántica funcional con el desarrollo de un novedoso qubit molecular capaz de transmitir información cuántica a través de redes de fibra óptica existentes. Los investigadores han diseñado un qubit basado en el elemento de tierras raras erbio, aprovechando sus propiedades ópticas y magnéticas únicas para cerrar la brecha entre la computación cuántica y la infraestructura de telecomunicaciones convencional.
El desafío de la transmisión de datos cuánticos
Las limitaciones actuales de la comunicación cuántica surgen de la fragilidad de los qubits y de la dificultad de transmitir sus delicados estados cuánticos a largas distancias. A diferencia de los bits clásicos, que son estables como unos o ceros binarios, los qubits existen en una superposición de estados, que representan simultáneamente múltiples valores. Esta propiedad, si bien es poderosa para la computación, los hace susceptibles a la decoherencia o pérdida de información cuántica durante la transmisión.
Para superar esto, los científicos han explorado diferentes tecnologías de qubits, incluidos circuitos superconductores, iones atrapados y fotones. El nuevo qubit basado en erbio introduce un enfoque híbrido que combina la estabilidad de los qubits de espín con las capacidades de transmisión de los qubits fotónicos.
Erbio: un bloque de construcción cuántico versátil
El qubit recientemente diseñado explota la capacidad del átomo de erbio para almacenar información cuántica magnéticamente mientras se lee ópticamente. Esta doble funcionalidad es crucial: el giro magnético codifica el valor del qubit, mientras que las propiedades ópticas permiten la lectura mediante técnicas espectroscópicas estándar. La ventaja de utilizar erbio es su compatibilidad con las longitudes de onda de las telecomunicaciones, las frecuencias estándar utilizadas en las redes de fibra óptica.
“Estas moléculas pueden actuar como un puente a nanoescala entre el mundo del magnetismo y el mundo de la óptica”, explica Leah Weiss, coprimera autora del estudio. “La información podría codificarse en el estado magnético de una molécula y luego acceder a ella con luz en longitudes de onda compatibles con tecnologías bien desarrolladas subyacentes a las redes de fibra óptica y a los circuitos fotónicos de silicio”.
Escalando redes cuánticas
La capacidad de operar en longitudes de onda de telecomunicaciones resuelve dos problemas clave: pérdida mínima de señal en largas distancias e integración perfecta con chips de silicio. El silicio es transparente a estas frecuencias, lo que permite que las señales ópticas pasen sin ser absorbidas. Esto significa que los datos cuánticos pueden integrarse en el hardware existente, allanando el camino para dispositivos más pequeños y compactos.
La estructura molecular del qubit, que es aproximadamente 100.000 veces más pequeña que un cabello humano, también permite un control preciso y escalabilidad. Los investigadores pueden ajustar las propiedades del qubit mediante química sintética, haciéndolo adaptable a dispositivos de estado sólido e incluso entornos biológicos.
Implicaciones futuras
Este avance representa un avance importante en las redes cuánticas. La capacidad de integrar la tecnología cuántica directamente en la infraestructura existente podría acelerar el desarrollo de enlaces de comunicación ultraseguros y redes informáticas cuánticas de larga distancia.
Como afirma David Awschalom, investigador principal del estudio: “Al demostrar la versatilidad de estos qubits moleculares de erbio, estamos dando un paso más hacia redes cuánticas escalables que pueden conectarse directamente a la infraestructura óptica actual”.
El desarrollo de este nuevo qubit acerca a la realidad el sueño de una Internet cuántica completamente funcional, prometiendo un futuro en el que la comunicación cuántica segura a larga distancia ya no sea una capacidad teórica sino una capacidad práctica.
