El espacio podría ser el mejor lugar para el internet cuántico

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El internet cuantico consiste en aprovechar las extrañas propiedades cuánticas de los fotones y electrones para enviar mensajes imposibles de hackear.

La tecnología tiene gran utilidad para gobiernos y ejércitos, pero también resulta atractiva para los bancos y otros operadores comerciales que necesitan asegurar desde contratos hasta transacciones financieras. En algún momento las computadoras cuánticas podrán descifrar la criptografía  que se usa actualmente para mantener la privacidad de muchos mensajes. Este fenómeno también nos obliga a buscar canales de comunicación que puedan resistir a estas máquinas.

Esto plantea un dilema: ¿Cómo los ingenieros deberían llevar a cabo la tarea de crear ese internet cuántico que se extienda en todo el mundo?

El investigador de la Universidad Estatal de Louisiana en Baton Rouge EEUU Sumeet Khatri junto a su equipo da respuesta afirmando que el enfoque más rentable sería crear una constelación de satélites habilitados para la física cuántica y capaz de transmitir continuamente los fotones entrelazados en el suelo. Por lo que sugiere que el internet cuántico debería estar en el espacio.

En el corazón de cualquier red cuántica se encuentra la propiedad del entrelazamiento, en la que dos partículas cuánticas comparten la misma existencia, incluso aunque se encuentren a grandes distanciasLos físicos generalmente expanden los entrelazamientos mediante pares de fotones creados en el mismo lugar y momento. Cuando los fotones se envían a diferentes ubicaciones, el entrelazamiento que los une se puede usar para enviar mensajes seguros.

El problema consiste en que dicho entrelazamiento es frágil y difícil de mantener. Cualquier pequeña interacción entre uno de los fotones y su entorno destruye el enlace. De hecho, esto es exactamente lo que ocurre cuando los físicos transmiten fotones entrelazados directamente a través de la atmósfera o de fibra óptica. Los fotones interactúan con otros átomos y el entrelazamiento se destruye. Resulta que la distancia máxima sobre la cual es posible compartir el entrelazamiento de esta manera es de unos pocos cientos de kilómetros.

Una opción para compartir entrelazamientos en todo el mundo es utilizar “repetidores cuánticos”, dispositivos que miden las propiedades cuánticas de los fotones a medida que llegan y luego transfieren estas propiedades a los nuevos fotones que se envían. Esto preserva el entrelazamiento, que salta de un repetidor al siguiente. Sin embargo, esta tecnología es demasiado experimental y le faltan varios años para poder ser usada al nivel comercial.

Otra alternativa viable es crear pares de fotones entrelazados en el espacio y transmitirlos a dos estaciones bases diferentes en la tierra. Entonces, estas estaciones base se entrelazan y permiten intercambiar mensajes manteniendo los mensajes en secreto.

En 2017, el satélite chino Micius  demostró por primera vez que este enfoque es posible. Se evidenció que los fotones son capaces de viajar mucho más lejos en este escenario porque solo los últimos 20 kilómetros más o menos del viaje atraviesan la atmósfera, siempre que el satélite esté suficientemente alto en el cielo y no demasiado cerca del horizonte.

El equipo de Khatri asegura que una constelación de satélites similares sería una forma mucho mejor de crear el internet cuántico global. La clave es que para comunicarse de forma segura, dos estaciones terrestres deben ver el mismo satélite al mismo tiempo para que ambas puedan recibir fotones entrelazados de él.

¿A qué altitud deberían volar los satélites para proporcionar una cobertura lo más amplia posible? ¿Y cuántos de ellos se necesitarían? Dadas estas limitaciones, Khatri y sus compañeros sugieren que la mejor opción sería una constelación de al menos 400 satélites a una altitud de alrededor de 3.000 kilómetros. En comparación, el GPS funciona con tan solo 24 satélites.

En ese escenario, la distancia máxima entre las estaciones base se limitaría a unos 7.500 kilómetros. Esto significa que dicho sistema podría admitir mensajes seguros entre Londres y Mumbai India, separadas por 7.200 kilómetros. Pero no entre Londres y Houston EEUU, separadas por 7.800 kilómetros, o entre otras ciudades más alejadas. Esto supone un importante inconveniente.

Sin embargo, el internet cuántico con base en el espacio supera significativamente a los sistemas terrestres de repetidores cuánticos, según Khatri y su equipo. Los repetidores tendrían que estar colocados a unos intervalos inferiores a 200 kilómetros, así que, para cubrir largas distancias, haría falta un gran número de ellos. Esto muestra otros conjuntos de limitaciones para el internet cuántico terrestre. “Por lo tanto, se demuestra que los satélites ofrecen una importante ventaja sobre la distribución de entrelazamientos en tierra”, afirman Khatri y sus compañeros.

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