Transmisión de luz-materia entrelazada en fibra óptica de Barcelona
Un equipo liderado por el ICFO (Instituto de Ciencias Fotónicas)ha demostrado la transmisión del entrelazamiento de materia-luz a lo largo de decenas de kilómetros de fibra óptica en Barcelona.
Se trata del paso inicial hacia la realización de una Internet cuántica completa, según los autores, cuyos resultados se publican en arXiv.
En su experimento, generaron pares de fotones, uno de los cuales se emite en la longitud de onda de telecomunicaciones de 1436 nm, mientras que el otro se emite en 606 nm, compatible con las memorias cuánticas de estado sólido utilizadas, realizadas en cristales especiales dopados con átomos de tierras raras.
Luego accedieron a la red metropolitana de Barcelona, conectando su sistema a dos fibras que iban desde ICFO, en Castelldefels, hasta el Centro de Telecomunicaciones de Cataluña (CTTI), en Hospitalet de Llobregat. Al conectar ambos centros, crearon un anillo de 50 km, enviando los fotones hasta el centro de Barcelona y de regreso al ICFO.
Con ello, demostraron que después de un viaje completo de ida y vuelta de 50 km, la luz generada en el laboratorio mantiene sus características cuánticas sin disminución sustancial, demostrando que los qubits fotónicos no manifiestan decoherencia al recorrer decenas de kilómetros en un cable de fibra óptica. Incluso en un área metropolitana. En resumen, la luz cuántica abandonó el laboratorio y finalmente fue detectada en su origen, informa el ICFO.
Sin embargo, la comunicación cuántica requiere utilizar y verificar el entrelazamiento entre ubicaciones remotas, donde los fotones entrelazados se detectan en ubicaciones bien separadas en el espacio y el tiempo. En esta dirección, los investigadores ampliaron su red con un nuevo nodo, esta vez ubicado en la fundación i2CAT, un edificio de Barcelona, a unos 44 kilómetros del ICFO a través de la red local de fibra óptica y a 17 kilómetros en línea recta.
Allí instalaron un detector de telecomunicaciones para medir la llegada de fotones que pasaban por una de las fibras mientras la otra fibra estaba conectada a un transductor, que convertía la señal eléctrica del detector en luz y la enviaba a través de la línea de fibra óptica.
De este modo, la información pudo transmitirse al ICFO con gran precisión, aunque el fotón se detectó a unos 17 kilómetros de distancia. Además, utilizaron los mismos transductores para enviar señales de sincronización entre los dos nodos de esta red básica, donde la generación y detección de correlaciones cuánticas estaban completamente separadas entre dos nodos independientes pero conectados.
Sistema validado
El experimento validó el sistema utilizado por los investigadores para generar entrelazamiento de materia ligera y ha demostrado ser uno de los candidatos pioneros para la realización de un nodo repetidor cuántico, la tecnología que permite la comunicación cuántica a larga distancia. Ya se han realizado demostraciones de prueba de principio en el laboratorio y el grupo ahora está trabajando para mejorar el rendimiento tanto de la memoria como de la fuente.
Los resultados de este estudio, "es decir, la transmisión del entrelazamiento de materia ligera a través de fibras desplegadas en un área metropolitana, son el paso inicial hacia la realización de una Internet cuántica completa, con nuestra fuente y nodo cuántico de memoria en su núcleo" comenta Samuele Grandi, investigador del ICFO y co-primer autor del estudio.
El couator Hugues de Riedmatten, profesor de ICREA (Institución Catalana de Investigación y Estudios Avanzados) en ICFO, concluye: "El entrelazamiento de materia luz es un recurso clave para la comunicación cuántica y se demostró muchas veces en el laboratorio. Demostrarlo en la red de fibra instalada es un primer paso hacia la realización de un banco de pruebas para tecnologías de repetidor cuántico en el área de Barcelona, preparando el terreno para redes de larga distancia basadas en fibra."