Un experimento realizado por físicos del Instituto Niels Bohr, de Dinamarca, ha demostrado que la luz posee una memoria cuántica capaz de desarrollar comunicaciones mucho más rápidas y seguras a traves de Internet, mejorando las perspectivas actuales del comercio electrónico. Han conseguido almacenar con gran precisión los impulsos de luz en determinados ?tomos, mediante un protocolo que otorga a la información un 70% de fiabilidad. El descubrimiento supone también un impulso a la física fundamental, particularmente la relacionada con la información cuántica.

Luz detenida

Físicos del Instituto Niels Bohr han creado una memoria at?mica de la luz que en el futuro puede romper las fronteras de la comunicación a traves de Internet, consiguiendo una red mucho más rápida y segura que la actual. De esta forma, alumbran un nuevo tipo de Internet, llamado Internet cuántico, en el que la información es codificada mediante las propiedades cuánticas de los impulsos lumúnicos, lo que abre un nuevo universo de posibilidades a la red de redes.

Aunque la transferencia de datos a traves de Internet adquiere cada vez mayor velocidad, los impulsos lumúnicos que transportan la información son también cada vez más d?biles, lo que representa una amenaza para el esperado crecimiento de la red de redes.

La solución a este dilema la han encontrado físicos daneses. Le llaman el Internet cuántico, un nuevo sistema de Transmisión de datos en el que la información se codifica siguiendo las características de la física cuántica. Esta solución concede a la red de redes unas posibilidades de crecimiento casi infinitas, sin riesgo de perder capacidad de transferir información ni velocidad en el procesamiento de los datos.

El procedimiento ideado por los físicos daneses consiste en una nueva forma de detectar y almacenar en ?tomos la información contenida en los impulsos lumúnicos, lo que llaman memoria cuántica. Tal como explican en este artículo, su experimento ha permitido responder afirmativamente a la pregunta de si es posible almacenar con gran precisión los impulsos de luz en determinados ?tomos.

Esta memoria cuántica, además de potenciar la capacidad de Internet, supone también una enorme contribución a la física fundamental, particularmente a la relacionada con la información cuántica.

Información y óptica cuánticas

La información cuántica se basa en el uso de las propiedades de las part?culas elementales con la finalidad de realizar manipulaciones de la información de una forma totalmente in?dita en la historia de la ciencia.

La óptica cuántica es la ciencia que manipula la luz con tal precisión que los efectos cuánticos se convierten en dominantes. La luz no es una onda cl?sica, sino más bien una entidad con las características cuánticas de onda y de part?cula al mismo tiempo.

Almacenar el estado cuántico de la luz constituye una de las principales desafíos de la óptica cuántica, si bien se ha demostrado experimentalmente que se puede detener la luz clásica en un ?tomo de un gas y redirigirla hacia otros ?tomos.

Las investigaciones se han centrado hasta ahora en la posibilidad de generalizar este mecanismo para almacenar el estado cuántico de la luz en un gas, utilizando ?tomos de gases para realizar una interacción no lineal entre dos fotones, lo que tendráa numerosas aplicaciones en la información cuántica.

Demostrada la memoria cuántica de la luz

Lo que han conseguido los físicos del Instituto Bohr es demostrar experimentalmente la memoria cuántica de la luz. Hasta ahora se había n conseguido desarrollos impresionantes sobre la aplicación de la óptica cuántica al tratamiento de la información, particularmente el intercambio de información cuántica entre materia y luz.

El objetivo de estos trabajos ha consistido en conseguir almacenar en una memoria la información cuántica transportada por un vector luminoso y su posterior recuperación. Aunque diversos trabajos te?ricos había n demostrado su viabilidad, la demostración experimental de esta posibilidad era lo que faltaba y es la que han realizado ahora los físicos del Instituto Bohr.

Tal como explican en la revista Nature, dado que hasta ahora no se ha conseguido almacenar toda la información contenida en un impulso luminoso, ellos proponen un protocolo para crear una memoria cuántica en un conjunto de ?tomos que otorga a la información un 70% de fiabilidad.

El procedimiento consigue asimismo un 33% más de densidad de los estados cuánticos utilizados hasta ahora para llevar la luz a los ?tomos, con un tiempo de vida de la memoria cuántica de hasta 4 milisegundos.

Unidades cuánticas

Lo que han conseguido los físicos del Instituto Bohr es crear una celula de memoria que añade menos ruido que una celula de memoria cl?sica, lo que implica haber demostrado que la luz posee memoria cuántica.

Los fotones, al igual que las demás part?culas subat?micas, poseen una particular dualidad, ya que tanto pueden ser part?culas como ondas, es decir, que existen en dos estados a la misma vez.

Como los fotones son capaces de estar en varios estados a un mismo tiempo, pueden buscar información en diferentes lugares de forma simultánea. Pero existe un grave problema y tiene que ver con la manipulaci?n at?mica: hasta ahora el uso de esta tecnología incorporaba grandes porcentajes de ruido que impedían el correcto uso de las facultades cuánticas de la luz, problema que han despejado en gran parte los físicos daneses.

El qubit, nueva unidad de información

La unidad estructural de la información clásica es el bit (palabra derivada de binary digit), que representa una elección entre dos posibilidades a las que se asigna el valor uno o cero, respectivamente. Las puertas lógicas, sobre las que se estructura dicha información, se basan en ese elemento estructural, el bit.

Ahora bien, lo que distingue esencialmente la información cuántica de la clásica o usual es la existencia en aquella de una nueva unidad de información, el qubit (acránimo de quantum bit), sin paralelismo en esta.

Un qubit representa una superPosición de los bits 0,1 que se realiza en un mundo estrictamente cuántico, ya que en nuestro mundo clásico tal superPosición se reduce necesariamente a uno de sus componentes 0, 1, con probabilidades respectivas que dependen del estado cuántico en cuestión(el famoso ?colapso? del estado cuántico que se produce al medir el mismo).

La existencia de qubits, junto al hecho de que dos o más de estos puedan combinarse en los llamados estados ?entrelazadosí (entangled), abre un abanico de posibilidades en el dominio de la información completamente desconocidas hasta la fecha.

La principal característica de un estado entrelazado es la presencia de correlaciones cuánticas entre sus componentes, los cuales hacen que las propiedades de aquel no puedan ser analizadas solo en términos de las de estos últimos, lo cual indica la naturaleza ?hol?stica? de la realidad cuántica.

Dos aplicaciones

Las dos aplicaciones más importantes de la información cuántica se dan en el dominio de la criptografía y en el de la computación. Mediante la criptografía cuántica, es posible enviar y recibir mensajes cifrados con la total seguridad de una clave indescifrable. Es más, el procedimiento usado permitirána detectar sin esfuerzo la presencia de terceros que intentaran adentrarse en el sistema de Transmisión.

Ningún procedimiento clásico puede garantizar una clave totalmente segura ni permite detectar con certeza la presencia de espías. Es cierto que las claves basadas en la imposibilidad práctica de descomponer en factores primos un número muy grande (de doscientas cifras, digamos) son bastante seguras en la actualidad, pero esta seguridad se veríaseriamente comprometida si los ordenadores cuánticos llegaran a ser una realidad.

Sin entrar en detalles técnicos, puede decirse que la criptografía cuántica actual se basa en la imposibilidad de saber con certeza el estado de polarización en que se ha creado un fotón determinado. Esto es algo característico de la Teoría cuántica, pues si la naturaleza se rigiera por leyes clásicas dicho estado podrá determinarse mediante una medida adecuada.

Esto no es así Según las leyes cuánticas, porque, al medir, el estado se proyecta en otro (que depende de las características del aparato de medida), haciendo imposible saber, mediante una sola medición, cuál era el estado inicial.

Experimento exitoso

La criptografía cuántica no pertenece al dominio de la ciencia ficción, pues actualmente se realiza en diversos laboratorios. Se ha logrado la Transmisión de mensajes cifrados por este procedimiento entre puntos sitúados a más de veinte kilómetros conectados por fibra óptica y a varios centenares de metros en el caso de transmisión aérea.

La tecnología necesaria, basada en la óptica cuántica, progresa muy rápidamente, y parece bastante probable que la aplicación comercial de la criptografía cuántica, con todas sus enormes implicaciones en un mundo comunicado globalmente via Internet, sea cuestión de unos diez años.

La otra gran aplicación de este nuevo tipo de información se concreta en la posibilidad de construir un ordenador cuántico. Debe advertirse de entrada que esto es algo bastante más difícil que la criptografía cuántica y que su posible realización se prevé en un futuro más lejano. No obstante, es interesante analizar, aunque sea de manera necesariamente superficial, en que se basa y que es lo que podrá hacer un ordenador cuántico

El auténtico pilar de la computación cuántica es la existencia de qubits y de estados entrelazados de los mismos (de los que se ha tratado al principio). De hecho, el principio cuántico de superposición será equivalente al uso por parte del ordenador en cuestión de una lógica cuántica, en la cual no se cumple el principio del tercio excluso clásico, es decir, en la que habrá proposiciones que no son ciertas ni falsas (y que vendrán descritas precisamente por estados generales de qubits).

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