Así es la carrera hacia un nuevo internet basada en física cuántica

En mayo de 2023, Benjamin Lanyon, profesor de la Universidad de Innsbruck (Austria), dio un paso de gigante hacia la creación de un nuevo tipo de internet: transfirió información a través de una fibra óptica de 50 kilómetros utilizando los principios de la física cuántica.

En física cuántica, la información no se organiza en unidades de datos —dígitos binarios— almacenados y tratados por ordenadores, como ocurre con la actual red informática mundial. La física cuántica estudia las propiedades e interacciones de moléculas, átomos y partículas aún más pequeñas, como electrones y fotones.

Los bits cuánticos, o cúbits, abren la puerta a la posibilidad de transmitir la información de forma más segura, dado que las partículas cambian de estado por el mero hecho de observarlas y medirlas. Esto significa que siempre se detectaría cualquier acto de espionaje. Lanyon afirma que su trabajo hace que el internet cuántico sea factible a nivel metropolitano, tras lo cual se abordaría su uso en distancias interurbanas más largas. “Podemos concebirlo a escala de gran ciudad”, señala.

Este gran avance es fruto de un proyecto de investigación financiado con fondos de la Unión Europea cuyo objetivo es acercar el internet cuántico. Este proyecto, denominado Alianza de Internet Cuántico (QIA, por sus siglas en inglés), reúne a institutos de investigación y empresas de toda Europa. La iniciativa recibirá fondos de la Unión Europea por valor de 24 millones de euros a lo largo de un periodo de tres años y medio que concluirá en marzo de 2026.

“No se trata de sustituir al internet clásico, sino de que trabajen juntos”, explica la alemana Stephanie Wehner, coordinadora de QIA y profesora de Información cuántica en la Universidad de Tecnología de Delft (Países Bajos). “No vamos a sustituir Netflix”, añade. El entrelazamiento es un concepto básico de la física cuántica. Si dos partículas están entrelazadas, independientemente de la distancia espacial que exista entre ellas, poseerán propiedades similares; por ejemplo, ambas tendrán la misma medida de “espín”, una versión cuántica de la dirección en la que giran las partículas.

El estado de espín de las partículas no se define hasta que estas se observan. Hasta entonces, se hallan en múltiples estados, un fenómeno denominado “superposición”. Es al observarlas cuando se conoce el estado de ambas partículas.

Infinitas posibilidades

Este concepto resulta útil en el campo de la seguridad de las comunicaciones. Cualquiera que tratase de piratear una transmisión cuántica dejaría una huella evidente, ya que provocaría un cambio en el estado de una partícula observada.

“Podemos utilizar las propiedades del entrelazamiento cuántico para lograr un medio de comunicación seguro cuya seguridad sea demostrable, aunque el pirata posea a su vez un ordenador cuántico”, apunta Wehner. El nivel de seguridad en las comunicaciones que brindaría una red de internet cuántica abriría un amplísimo abanico de aplicaciones que van mucho más allá de lo que permite el internet clásico.

En medicina, por ejemplo, la física del entrelazamiento permite un nivel de sincronización de relojes que puede mejorar la telecirugía. “Si queremos realizar una operación quirúrgica en un nodo remoto, este debe estar perfectamente sincronizado para evitar cometer errores”, señala Wehner.

La astronomía también podría beneficiarse de este avance. Los telescopios que realizan observaciones a larga distancia podrían “servirse del internet cuántico para generar entrelazamientos entre los sensores y obtener una imagen mucho mejor del cielo”, añade Wehner.

Otro ejemplo son los cajeros automáticos. En la actualidad, si un cajero se avería mientras un usuario está sacando dinero, la máquina podría asumir que no se ha entregado ese efectivo, mientras que otro dispensador podría registrar que sí se ha retirado. Con un internet cuántico desaparecería esta discrepancia. Muchas de las aplicaciones del internet cuántico probablemente no podrán conocerse hasta que se cree la tecnología. “Ofrece toda una serie de nuevas posibilidades para realizar mediciones precisas del espacio y el tiempo, así como para estudiar el funcionamiento del mundo y el universo”, comenta Lanyon.

Pruebas a distancia

Lo complicado ahora es ir ampliando el internet cuántico para utilizar muchas partículas a largas distancias. Lanyon y su equipo han demostrado además que la comunicación no ya entre partículas individuales sino entre trenes de partículas —en este caso, partículas de luz llamadas fotones— acelera el entrelazamiento entre nodos cuánticos.

“Si se envía un único fotón cada vez, hay que esperar el tiempo que tarda en viajar de un punto a otro”, explicó. “Pero si esto se hace con trenes de muchos fotones, es posible aumentar la velocidad de entrelazamiento entre nodos cuánticos en las distancias que deseamos”. El objetivo último es ampliar considerablemente el alcance de los nodos cuánticos, quizás 500 kilómetros, y crear un prototipo de internet cuántico que pueda conectar ciudades muy distantes entre sí, como hacen los distintos nodos del internet clásico para crear una red global.

Aunque podría existir un internet cuántico para aplicaciones especializadas ya en 2029, los expertos se muestran cautos a la hora de vaticinar cuándo podría estar disponible una versión completa para una amplia gama de usos. “Se trata de una cuestión muy complicada”, dice Wehner. Mientras QIA plantea los componentes y sistemas del internet cuántico, Europa trabaja para desarrollar los propios ordenadores cuánticos.

En junio de 2023, una asociación público-privada de la UE denominada Empresa Común de Informática de Alto Rendimiento Europea anunció que seis países europeos tendrían ordenadores cuánticos: Alemania, Chequia, España, Francia, Italia y Polonia. El objetivo es garantizar que Europa se encuentra a la cabeza de la revolución de las tecnologías cuánticas. Los ordenadores cuánticos tendrán una capacidad de cálculo sin precedentes con múltiples aplicaciones, como la posibilidad de descifrar los algoritmos criptográficos en los que se basa la seguridad de la mayoría de los intercambios en el internet actual.

Un campo muy estudiado

Se prevé que la mitad de los sistemas criptográficos más utilizados pueda descifrarse antes de que termine la década y Europa no es, ni de lejos, la única parte interesada. China y Estados Unidos han logrado sus propios avances en materia de computación cuántica e internet cuántico en los últimos años.

Volviendo a la infraestructura, Europa ha tomado otro camino. Está desarrollando una infraestructura espacial y terrestre integrada para las comunicaciones seguras, un componente clave del internet cuántico. “Me enorgullece poder decir que somos punteros en muchos campos”, coments Wehner. Aunque resta mucho por hacer en todos los países interesados, los posibles beneficios permiten presumir nuevos avances e innovaciones a corto plazo.

“Se están desarrollando nuevas aplicaciones de redes cuánticas a un ritmo bastante acelerado”, explicó Lanyon.

(La versión inglesa de este artículo se actualizó el 12 de octubre de 2023 para corregir una palabra en la cita de Stephanie Wehner que aparece en el párrafo decimotercero. La palabra correcta es provably [demostrable] en lugar de probably [probable])

La investigación descrita en este artículo ha sido financiada con fondos de la UE. Artículo publicado originalmente en Horizon, la Revista de Investigación e Innovación de la Unión Europea.

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