El sueño de un internet cuántico funcional, seguro y ultraeficiente ha dado un paso importante fuera del laboratorio. Ingenieros de la Universidad de Pensilvania lograron transmitir señales cuánticas sobre cables de fibra óptica comerciales utilizando los mismos protocolos que usa el internet actual. Esta demostración, publicada en la revista Science, se realizó con infraestructura de Verizon y marca un hito: es la primera vez que una red cuántica opera con éxito fuera de entornos controlados.
El elemento central del experimento fue un chip bautizado como Q-Chip, una pieza compacta capaz de coordinar información clásica y cuántica al mismo tiempo, respetando los protocolos IP tradicionales. Esta compatibilidad representa una solución a uno de los principales retos de las redes cuánticas: integrarse sin fricciones con la infraestructura existente.
Entrelazamiento cuántico: la base de una nueva era digital
La comunicación cuántica se basa en el entrelazamiento, un fenómeno que permite que dos partículas compartan un mismo estado cuántico, sin importar la distancia que las separe. Modificar una afecta instantáneamente a la otra. Esta propiedad podría ser utilizada para crear canales de comunicación imposibles de interceptar, y para permitir que procesadores cuánticos compartan información, algo fundamental para tareas como el desarrollo de nuevos medicamentos o materiales.
Sin embargo, el gran reto está en la fragilidad de estas partículas. Cualquier intento de observarlas destruye su estado cuántico. Esto complica enormemente su uso fuera de condiciones de laboratorio.
Un tren con locomotora clásica y vagonetas cuánticas
Para sortear ese obstáculo, los investigadores diseñaron el Q-Chip como un sistema híbrido. La clave está en enviar un señal clásica junto con la señal cuántica, pero unos nanosegundos antes. Esa señal clásica, que viaja en forma de luz convencional, puede ser leída y medida sin daño, y actúa como una guía que permite enrutar la información cuántica sin interferir en su estado.
La analogía usada por los investigadores es la de un tren: la locomotora representa la parte clásica que abre el camino y da dirección, mientras que las vagonetas selladas transportan la carga cuántica. No se pueden abrir sin destruir el contenido, pero siguen fielmente a la locomotora.
Internet cuántico con lenguaje clásico
El gran avance del Q-Chip está en que empaqueta la información cuántica en paquetes compatibles con los protocolos IP. Esto significa que, en vez de necesitar una red exclusiva y nueva desde cero, es posible utilizar las mismas rutas, reglas y gestión que hacen funcionar el internet actual. El experimento demostró que esta estrategia es viable incluso en condiciones reales, donde las señales deben lidiar con ruido, interferencias y variaciones ambientales.
Superando el ruido del mundo real
Uno de los principales desafíos al trasladar estas tecnologías del laboratorio al mundo es el ruido ambiental. En una red comercial, los cables están expuestos a cambios de temperatura, vibraciones por tráfico o construcciones, y otras condiciones que afectan la estabilidad de las señales.
Para combatir esto, el equipo desarrolló un sistema de corrección de errores basado en el hecho de que tanto la señal clásica como la cuántica se ven afectadas de forma similar por las interferencias. Al poder medir la señal clásica sin riesgo, pueden calcular cómo ajustar la señal cuántica de forma indirecta, conservando intacto su contenido.
Los resultados fueron prometedores: la red alcanzó una fidelidad superior al 97%, una cifra notable teniendo en cuenta la complejidad del entorno.
Escalabilidad y fabricación masiva
Otro punto a favor del sistema es su viabilidad para ser producido a gran escala. El Q-Chip está fabricado con silicio y tecnologías existentes en la industria de semiconductores, lo que significa que podría integrarse en procesos industriales actuales sin necesidad de reinventar la rueda.
En esta fase experimental, solo se conectaron dos edificios separados por un kilómetro de fibra óptica comercial. Sin embargo, los investigadores aseguran que basta con fabricar más chips y conectarlos a la red de fibra ya instalada para escalar esta tecnología a nivel urbano.
Límites actuales y el siguiente reto
A pesar del avance, el despliegue de una red cuántica global aún enfrenta un límite técnico importante: las señales cuánticas no pueden amplificarse sin destruir su entrelazamiento. Esto impide que viajen largas distancias como las señales clásicas. Algunas soluciones parciales, como el uso de «claves cuánticas» para comunicaciones ultra seguras, ya han sido exploradas, pero conectar procesadores cuánticos a través de largas distancias sigue siendo un reto pendiente.
El estudio de la Universidad de Pensilvania no resuelve este problema, pero sienta las bases para redes locales o metropolitanas que sirvan como campo de pruebas y desarrollo de nuevas soluciones.
El equipo comparó este momento con los inicios del internet clásico en los años 90, cuando universidades empezaban a conectar sus redes internas. Lo que entonces parecía experimental, pronto se convirtió en una red global. El internet cuántico podría seguir un camino similar, con aplicaciones que hoy apenas podemos imaginar.
