La teleportación cuántica es una técnica que permite enviar información cuántica entre dos objetos cuánticos distantes, un emisor y un receptor, utilizando un fenómeno llamado entrelazamiento cuántico. Sorprendentemente, la información no se transmite enviando bits cuánticos (cúbits) a través de un canal de comunicación, sino que se destruye en un lugar y reaparece en otro, gracias al entrelazamiento cuántico y los bits clásicos que se transmiten. Esta innovación ha capturado el interés del ámbito de las comunicaciones y las redes cuánticas, ya que permitiría la transferencia de bits cuánticos sobre distancias muy largas, facilitando la integración en las redes de telecomunicaciones actuales y extendiendo las comunicaciones ultraseguras.
La teleportación cuántica, propuesta teóricamente en los años 90, ha sido objeto de numerosas demostraciones experimentales. Sin embargo, la pregunta sigue siendo cómo teleportar información de manera práctica y confiable a través de una red extensa. Para el protocolo de teleportación cuántica se requiere una operación final sobre el cúbit teleportado, llamada «feed-forward activo», para permitir una transmisión fiel y rápida. Esta operación, junto con una memoria cuántica que almacene el cúbit sin degradarlo, es esencial para maximizar la velocidad de teleportación.
En este contexto, investigadores del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) han logrado un avance significativo: la teleportación a larga distancia de información cuántica de un fotón a un cúbit de estado sólido, utilizando una memoria cuántica multiplexada. Este logro, publicado en Nature Communications, se basa en una arquitectura experimental compatible con los canales de telecomunicaciones, permitiendo la futura integración y escalabilidad para la comunicación cuántica de larga distancia.
Los científicos del ICFO construyeron dos estaciones experimentales, denominadas Alice y Bob, conectadas por una fibra óptica de 1 km para simular la distancia. En Alice, usaron un cristal especial para crear dos fotones entrelazados: uno a 606 nm (fotón señal) y otro a 1436 nm (fotón inactivo), compatible con la infraestructura de telecomunicaciones. El fotón de 606 nm fue almacenado en una memoria cuántica en Alice, mientras que el fotón de 1436 nm fue enviado a través de la fibra óptica a Bob.
En Bob, los investigadores crearon un tercer fotón, donde codificaron el bit cuántico que querían teleportar. Al interferir los fotones 2 y 3 a través de una medición de estado de Bell, transfirieron la información del fotón 3 al fotón 1, almacenado en Alice. Este proceso fue posible gracias a la memoria cuántica multiplexada y el feed-forward activo, que aplicó un cambio de fase al fotón 1 para codificar el estado correcto.
El uso de una memoria cuántica multiplexada permitió aumentar la tasa de teleportación, alcanzando una velocidad tres veces mayor que con una memoria monomodal. Este experimento es un precursor del trabajo realizado en 2021 por el mismo equipo, que entrelazó dos memorias cuánticas multimodales, demostrando su capacidad para la comunicación cuántica de larga distancia.
Hugues de Riedmatten del ICFO subrayó que la teleportación cuántica será crucial para el Internet cuántico del futuro, destacando la importancia de implementar esta tecnología en redes más complejas y compatibles con la infraestructura de telecomunicaciones actual.
Las mejoras al experimento ya están en marcha, con el objetivo de extender esta configuración a mayores distancias y estudiar la transferencia de información entre diferentes tipos de nodos cuánticos. Este avance es un paso significativo hacia la creación de un Internet cuántico que pueda distribuir y procesar información cuántica entre partes remotas.
