La revolución del Internet cuántico, la red segura del futuro

La revolución del Internet cuántico, la red segura del futuro

Alberto García

Los ordenadores cuánticos son capaces de procesar cada vez más qubits, o bits cuánticos, reemplazando lo que hasta ahora conocíamos como informática tradicional basada en un sistema binario de unos y ceros. Sin embargo, no sólo la computación cuántica está suponiendo una revolución, sino que también va a permitir la creación de un Internet cuántico.

Internet, en la actualidad, conecta el mundo de manera casi instantánea, donde podemos enviar archivos de una punta a otra del mundo en cuestión de unos pocos cientos de milisegundos. Sin embargo, los sistemas actuales no son 100% seguros, y ya sea por fuerza bruta o por vulnerabilidades, es posible hackear muchos de ellos.

Computación cuántica: superposición de estados

Aquí es donde entra la computación cuántica, donde los científicos llevan años trabajando en una solución basada en la mecánica cuántica de manera que estemos ante un sistema realmente seguro a la perfección de manera que sea imposible alterar el contenido que se envía a través de la red.

En los ordenadores actuales, la información se almacena en bits que pueden tener 0 o 1 como valor. En los sistemas cuánticos, se aplica el principio de superposición, el cual explica la famosa paradoja del gato de Schrödinger. En ella, se encierra un gato en una caja y se coloca un mecanismo de emisión de un veneno, el cual puede activarse o no dependiendo de lo que haga una partícula, la cual puede actuar como onda o como partícula en el mundo cuántico (como un electrón o un fotón). Hasta que no lo observamos, no es posible conocer el resultado porque ocurre una superposición de ambos estados, donde el gato está vivo y muerto a la vez. Sólo mirando podemos saber si está vivo o no. Es decir, que el hecho de mirar define el resultado.

Así, un qubit puede tener un estado donde el valor puede ser 1 y 0 a la vez. Si unes dos o más qubits, éstos se entrelazan, dando lugar al entralazamiento cuántico, que es una conexión entre dos o más partículas de manera que una acción realizada en una tiene un efecto inmediato en las demás.

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Es este principio el que puede usarse para enviar información utilizando partículas entrelazadas, también llamado teletransportación cuántica. Este principio es una manera de transferir un estado cuántico desconocido de una partícula a otra que están separadas entre sí sin que se envíe la partícula original en sí. Como los qubits entrelazados no están unidos físicamente entre sí, interceptar las comunicaciones entre ellos es imposible.

El hecho de poder aplicar esto a partículas como los fotones lo hace aplicable a las comunicaciones, como puede ser a través de cables de fibra óptica o a través de comunicaciones vía satélite. En 2017, un grupo de investigadores entrelazó dos partículas separadas 1.200 kilómetros entre sí usando un satélite llamado Micius.

Uno de los problemas que tiene la información cuántica es que es muy sensible a elementos externos, como puede ser un cambio de temperatura o una vibración que pueda romper los enlaces entre las partículas.

Memoria cuántica

Aquí es donde entran en juego las memorias cuánticas. Estas memorias son dispositivos que almacenan la información cuántica. En un estudio publicado a principios de 2020, un grupo de investigadores de China afirmó haber entrelazado memorias cuánticas a 50 kilómetros de distancia mediante un cable de fibra óptica. El récord anterior era de 1,3 kilómetros.

En este experimento, la memoria cuántica estaba formada por átomos de rubidio refrigerados por láser atrapados en el vacío. A partir de ahí, utilizaron fotones para leer y escribir en la nube formada por 100 millones de átomos atrapados. Los fotones fueron usados para excitar los átomos hacia un estado de mayor energía, determinando los qubits que querían entrelazar, y produciendo un fotón entrelazado que luego se enviaba por el cable de fibra óptica.

Después, los investigadores tenían que cambiar la frecuencia del fotón para que no se perdiera en los 50 kilómetros de fibra que tenían enrollado en el laboratorio. Finalmente, el fotón completó su viaje a través del cable para entrelazarse con la segunda memoria cuántica.

Este es un gran paso a la hora de crear redes cuánticas, pero todavía es necesario que los investigadores lleven a cabo una teletransportación cuántica de información entre los dos nodos. De cara al futuro este tipo de investigación dará pie a la creación de una red de estaciones de retransmisión cuántica que permita extender las comunicaciones a distancias más largas, y finalmente dé lugar a una red cuántica a gran escala, recordando al inicio del Internet actual donde es necesaria la infraestructura.

Ventajas del Internet cuántico

Así, encontramos varias ventajas de tener un Internet cuántico. La primera y más clara es la latencia. Al estar entrelazadas las partículas, la comunicación entre ellas es instantánea incluso a grandes distancias, o al menos en teoría. Una acción en una partícula debería tener un efecto inmediato en la otra por lejos que esté gracias al entrelazamiento.

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A su vez, la seguridad es otro de los elementos más importantes del Internet cuántico, donde es imposible espiar o interceptar información en una “conversación cuántica”, ya que como hemos dicho, si lees el estado cuántico de un objeto, cambias el objeto y el mensaje, de manera que el mensaje que leas cambiará automáticamente. Actualmente el problema de esto era que no se podían ni copiar ni amplificar, pero con el uso de las memorias cuánticas eso se solucionaría, ya que actuarían como nodos.

El problema de almacenar la información cuántica durante un tiempo es que los estados cuánticos tienden a degradarse con el tiempo por un proceso llamado decoherencia cuántica. Así, la mayoría de sistemas desarrollados actualmente sólo almacenan la información durante fracciones de segundos o durante un pocos segundos, siendo este uno de los mayores retos a los que se enfrente la computación cuántica.

Por tanto, el siguiente paso es crear una especie de nube cuántica que permita almacenar los datos durante un mayor tiempo. Gracias a ello, podrían crearse elementos que escapan a la imaginación, como telescopios cuánticos que actúen como un único telescopio a la vez. Pero para eso todavía han de desarrollarse soluciones que permitan codificar, almacenar y transmitir información cuántica, incluyendo la creación de un equivalente a los protocolos de red que usamos ahora, y que de momento no han sido desarrollados. Actualmente se está trabajando en ello, y seguro que poco a poco iremos dando pasos más grandes hacia un Internet cuántico que cambie la historia de Internet.