No hace falta que nadie nos explique lo dependientes que somos del internet. Lo usamos para enviar mensajes, hacer videollamadas, consultar información sensible e incluso gestionar transacciones financieras. Pero, ¿qué pasaría si alguien pudiera interceptar esa información sin que lo notáramos? A día de hoy, ese riesgo existe. Sin embargo, un grupo de investigadores ha demostrado una forma radicalmente nueva de transmitir datos: un paso real hacia el llamado “internet cuántico”, una red en la que la información no solo viaja a la velocidad de la luz, sino que es físicamente imposible de clonar o espiar sin dejar huella.
Este avance viene respaldado por un artículo publicado en Optica Quantum en abril de 2025, firmado por investigadores del Rochester Institute of Technology, la Universidad de Rochester y otras instituciones. En él, se presenta un sistema híbrido que combina cristales no lineales y circuitos fotónicos integrados para generar y manipular pares de fotones entrelazados. Esta tecnología no solo resuelve algunos de los principales cuellos de botella de las redes cuánticas actuales, sino que además funciona utilizando materiales compatibles con las redes de fibra óptica que ya existen en todo el mundo.
Una red cuántica que ya funciona
A diferencia de muchas propuestas teóricas o montajes de laboratorio difíciles de escalar, el experimento presentado en el paper se basa en componentes reales, miniaturizados y listos para su integración. El sistema emplea un cristal llamado PPKTP —titanyl fosfato de potasio periódicamente polarizado— para generar pares de fotones con longitudes de onda muy distintas: uno en el rango visible (656 nm) y otro en el rango de telecomunicaciones (1536 nm).
Estos fotones están entrelazados, lo que significa que comparten una relación cuántica que los hace inseparables en términos de información. Este entrelazamiento es clave para permitir el envío de información de forma segura. Al detectar el fotón visible, se puede garantizar que su pareja —el fotón en banda de telecomunicaciones— existe y puede ser utilizada para transmitir un dato codificado.
Pero el verdadero punto fuerte del proyecto no es solo la generación de fotones, sino su manipulación y detección dentro de un chip fotónico integrado. Según los autores, “demostramos una plataforma que permite a nodos cuánticos remotos comunicarse de forma segura a través de redes de fibra óptica”.
Cúbits de luz para redes imposibles de hackear
En el internet convencional, los datos se transmiten mediante pulsos eléctricos o de luz que representan bits: ceros y unos. En una red cuántica, los protagonistas son los cúbits (bits cuánticos), que pueden estar en una superposición de estados. Esto permite nuevas formas de codificar y procesar información. Los fotones son candidatos ideales para funcionar como cúbits “voladores”, ya que viajan rápido, interactúan poco con el entorno y se pueden enviar por las fibras ópticas que ya existen.
La propuesta de estos investigadores se centra en generar pares de fotones donde uno de ellos actúa como “heraldo”: si se detecta, garantiza que su compañero está disponible para transmitir información. Este sistema de heralded photons permite una comunicación con una fiabilidad mucho mayor. Y lo más innovador: todo ocurre en un dispositivo compacto, que combina el cristal PPKTP con un circuito fotónico integrado, sin necesidad de los enormes y costosos detectores superconductores que suelen usarse para captar fotones individuales.
Un paso hacia redes cuánticas desplegables
Uno de los mayores retos para construir redes cuánticas reales es la complejidad de sus componentes. Hasta ahora, muchos montajes requerían laboratorios especializados, óptica alineada con precisión milimétrica y detectores refrigerados a temperaturas criogénicas. Este proyecto rompe esa barrera al presentar una plataforma miniaturizada, estable y fácilmente empaquetable.
La clave está en la combinación del cristal no lineal con el chip. Como explica el paper, “los circuitos fotónicos integrados ofrecen una plataforma compacta y estable en fase para el enrutamiento y manipulación de fotones con bajas pérdidas” . Esto significa que la red puede fabricarse a gran escala, algo esencial para su implementación real.
Además, el chip integra elementos como interferómetros de Mach-Zehnder que permiten modular el estado del fotón. Esto abre la puerta no solo a la transmisión, sino también al procesamiento cuántico de la información. Una red de este tipo podría servir para conectar computadoras cuánticas distribuidas, sensores remotos o sistemas de cifrado irrompibles.
Resultados medidos, no simulados
El artículo no se limita a proponer una arquitectura: demuestra que funciona. Los investigadores midieron tasas de coincidencia entre fotones, pérdidas de inserción en los distintos componentes del sistema y tasas de detección en diferentes configuraciones. El sistema alcanzó un índice de generación de pares de fotones de hasta 67 millones por segundo y una relación señal/ruido adecuada para aplicaciones prácticas.
Una innovación destacable es el uso de silicio en el chip como filtro de ruido. El propio material actúa como supresor de la luz de bombeo que podría interferir en las señales útiles, eliminando la necesidad de filtros externos. Según el estudio, “las guías de onda de silicio pueden proporcionar una supresión del bombeo superior a los filtros externos, mejorando la tasa de coincidencias”.
También se evaluó la posibilidad de sustituir los detectores criogénicos por diodos SPAD de avalancha, que funcionan a temperatura ambiente. Esto permite que los nodos de la red cuántica puedan desplegarse en condiciones normales, fuera del laboratorio, y seguir funcionando con fiabilidad.
Probado en una red real
El equipo no se conformó con probar su sistema en un entorno controlado. En uno de los experimentos más llamativos, conectaron su dispositivo a una red de fibra óptica real de 38 kilómetros de longitud, el llamado Rochester Quantum Network (RoQNET), que enlaza el Instituto de Tecnología de Rochester con la Universidad de Rochester. La señal fue modulada, enviada y recibida correctamente, demostrando que el sistema es compatible con las infraestructuras existentes.
A pesar de las pérdidas inevitables en el canal (más de 23 dB), la detección de coincidencias fue posible. Este es un paso crucial para futuras redes cuánticas a gran escala. Como resumen, los autores indican que “este enfoque ofrece estabilidad de fase y un tamaño de dispositivo mucho menor en comparación con los sistemas tradicionales de espacio libre o fibra”.
La tarea pendiente
Aunque los resultados son prometedores, los investigadores reconocen limitaciones. El sistema aún sufre de ciertas pérdidas de acoplamiento, especialmente al transferir los fotones desde el cristal al chip. También se detectó una ligera fluorescencia no deseada en algunos componentes, que podría reducirse en futuras versiones utilizando materiales de menor ruido óptico.
Además, aunque se alcanzó una eficiencia de generación de pares de fotones cercana al máximo teórico (67 MHz/mW frente a los 80 MHz/mW previstos), la eficiencia final del sistema completo —desde la generación hasta la detección— aún puede optimizarse. Según los autores, “la eficiencia de heraldado estimada en chip fue del 5,49 ± 1,63 %”.
El diseño del chip fue realizado con una plataforma multipropósito no optimizada. En futuras versiones se espera mejorar esta parte, reduciendo las pérdidas y aumentando la eficiencia general del sistema.
Hacia una red cuántica global
Este trabajo no es un simple experimento de laboratorio: representa un paso firme hacia el despliegue de redes cuánticas reales, seguras y escalables. La integración de fuentes de fotones, manipulación en chip y detección eficiente allana el camino hacia el internet cuántico del futuro. Un internet en el que cada mensaje estará protegido por las leyes fundamentales de la física y no por algoritmos que, tarde o temprano, pueden ser vulnerados.
Las aplicaciones son enormes: desde comunicaciones militares seguras, hasta criptografía bancaria invulnerable, pasando por redes de sensores cuánticos de alta precisión. Este avance coloca a la comunidad científica un paso más cerca de una nueva era de conectividad. Y, sobre todo, demuestra que la ciencia ficción puede convertirse en una red funcional hecha de cúbits, fotones y chips de silicio.
Referencias
- Vijay S. S. Sundaram, Evan Manfreda-Schulz, Todd Hawthorne, Tony Roberts, Thomas Palone, Venkatesh Deenadayalan, Mario Ciminelli, Phil Battle, Gerald Leake, Daniel Coleman, Michael L. Fanto, Nick Vamivakas, Gregory A. Howland y Stefan F. Preble. Heralded telecom single photons from a visible–telecom pair source on a hybrid PPKTP–PIC platform. Optica Quantum, Vol. 3, No. 2, abril de 2025. DOI: 10.1364/OPTICAQ.546774.
Cortesía de Muy Interesante
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