septiembre 26, 2022

El primer protocolo de capa de enlace acerca la internet cuántica a una realidad

La internet cuántica más cerca a una realidad. Los investigadores de QuTech, una colaboración entre TNO y TU Delft, han logrado una primicia mundial en tecnología de Internet cuántica. Un equipo dirigido por la profesora Stephanie Wehner ha desarrollado un protocolo de capa de enlace que lleva el fenómeno del ‘entrelazamiento cuántico’ de un experimento de física a una red cuántica del mundo real. 

Esto acerca el día en que la Internet cuántica puede convertirse en una realidad, ofreciendo aplicaciones que son imposibles de lograr utilizando una Internet ‘clásica’. 

internet cuántica
Usando el protocolo de capa de enlace, el software de capa superior puede solicitar la creación de entrelazamiento sin necesidad de saber qué sistema de hardware cuántico está en la caja. Crédito de imagen QuTech / Scixel. 

Capa de enlace, transmisión de datos robusta

En la informática clásica, una colección de capas de software denominada “pila de red” permite que las computadoras se comuniquen entre sí. Detrás de la pila de la red se encuentran los protocolos de comunicación, como el Protocolo de Internet o el protocolo HTTP

Stephanie Wehner explicó que un protocolo esencial utilizado por una red es el protocolo de ‘capa de enlace’, que supera los problemas causados ​​por hardware imperfecto: “Todos usamos protocolos de capa de enlace clásicos en la vida cotidiana. Un ejemplo es el Wi-Fi, que permite utilizar una señal de radio poco fiable, que sufre interrupciones e interferencias, para transmitir datos de forma fiable entre dispositivos compatibles”.

Fisica esigente para una futura internet cuántica

Una red cuántica, basada en la transmisión de bits cuánticos o ‘qubits’, requiere el mismo nivel de fiabilidad. Stephanie Wehner: “En nuestro trabajo, hemos propuesto una pila de red cuántica y hemos construido el primer protocolo de capa de enlace del mundo para una red cuántica”.

Resulta que los protocolos clásicos existentes no pueden ayudar en el mundo cuántico. Un desafío lo presentan las diferencias entre las tecnologías utilizadas. Stephanie Wehner: “Actualmente, los qubits no se pueden guardar en la memoria por mucho tiempo. Esto significa que las decisiones de control sobre qué hacer con ellos deben tomarse muy rápidamente. Al crear este protocolo de capa de enlace, hemos superado los obstáculos presentados por una física muy exigente”.

También existen algunas diferencias fundamentales entre una futura Internet cuántica e Internet que vemos hoy. Stephanie Wehner dijo que dos bits cuánticos se pueden ‘entrelazar’: “Tal entrelazamiento es como una conexión. Esto es muy diferente a la situación de los protocolos de capa de enlace clásicos donde normalmente solo enviamos señales. En ese caso, no hay un sentido de conexión integrado a un nivel fundamental”.

La Internet cuántica

El fenómeno del entrelazamiento forma la base de una Internet cuántica. Cuando dos partículas fundamentales están entrelazadas, están conectadas entre sí de tal manera que nada más puede tener parte de esta conexión. El investigador Axel Dahlberg dijo que esto permite una gama completamente nueva de aplicaciones “La seguridad es una aplicación importante. 

Es físicamente imposible escuchar a escondidas una conexión de red entrelazada entre dos usuarios. Para dar otro ejemplo, la tecnología también permite una sincronización mejorada del reloj, o puede unir telescopios astronómicos que están muy separados, por lo que actúan como un gran telescopio único”.

El investigador Matthew Skrzypczyk dijo que una característica importante de la pila de red cuántica propuesta y el protocolo de la capa de enlace es que cualquier software futuro escrito utilizando el protocolo será compatible con muchas plataformas de hardware cuántico. 

“Alguien que hace uso de nuestro protocolo de capa de enlace ya no necesita saber cuál es el hardware cuántico subyacente. En nuestro artículo, estudiamos el rendimiento del protocolo en los centros de nitrógeno vacante en diamantes, que son esencialmente pequeñas computadoras cuánticas. Sin embargo, nuestro protocolo también se puede implementar en trampas de iones, por ejemplo. Esto también significa que nuestro protocolo de capa de enlace se puede utilizar en el futuro en muchos tipos diferentes de hardware cuántico”.

Construyendo un sistema de red cuántica

Stephanie Wehner dijo que el siguiente paso será probar y demostrar un nuevo protocolo de capa de red utilizando el protocolo de capa de enlace: “Nuestro protocolo de capa de enlace nos permite generar entrelazamientos de manera confiable entre dos nodos de red conectados por un enlace físico directo, como una red de telecomunicaciones fibra. El siguiente paso es producir un entrelazamiento entre los nodos de la red que no están conectados directamente por una fibra, utilizando la ayuda de un nodo intermediario. Para realizar redes cuánticas a gran escala, es importante ir más allá de un experimento de física y avanzar hacia la construcción de un sistema de redes cuánticas. Este es uno de los objetivos de Quantum Internet Alliance (QIA) financiada por la UE”.

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