En una red de comunicaciones cuánticas la información podría transmitirse usando un fenómeno llamado “teletransporte” cuántico, según el cual el estado de un bit cuántico (cúbit) puede transportarse a otro sin necesidad de ser conocido en ningún momento, lo cual no es posible fuera de la física cuántica.

Para poder hacer teletransporte es preciso que existan correlaciones muy fuertes entre las partes (el famoso entrelazamiento cuántico, que está detrás de todas las modernas tecnologías cuánticas). Pero el entrelazamiento cuántico es difícil de conseguir y muy frágil. Idealmente, en una red querríamos transmitir información entre cualquier par de nodos, por muy alejados que estén. Pero ¿cómo conseguir entrelazamiento entre nodos muy alejados si cada nodo solo interacciona con los nodos que tiene más cerca?

Para ello hay que usar el fenómeno del “intercambio de entrelazamiento”, que es igual que el teletransporte, pero ahora lo que se transporta es precisamente un estado entrelazado de dos cúbits. De esta manera, si entrelazamos un nodo A con un nodo B y también al nodo B con un tercer nodo C, el “intercambio de entrelazamiento” hace que se entrelacen A y C, a pesar de que nunca han interaccionado entre sí. Y, en principio, así podríamos seguir con cualquier número de nodos. El problema experimental es que el entrelazamiento cuántico es muy frágil, y es muy difícil realizar este proceso sin que se pierda información.

Tanto el teletransporte como el “intercambio” son conocidos teóricamente desde los años 90 y han sido realizados experimentalmente en diversos sistemas cuánticos. Pero en el caso concreto de sistemas que puedan formar una red de comunicaciones cuánticas, solo se había conseguido el teletransporte entre dos nodos próximos de la red. Hasta ahora, en que un equipo experimental de la Universidad de Tecnología de Delft, en Holanda, ha conseguido realizar también el intercambio de entrelazamiento.

Esto podría interpretarse como un primer paso (muy preliminar) hacia una red cuántica de comunicaciones. Sin embargo, hay que tener en cuenta que la gran dificultad experimental hace que la calidad de la transmisión de información sea todavía muy baja. Esto se puede medir calculando la llamada “fidelidad” del estado transmitido, es decir, el parecido entre el estado final real del cúbit y el estado que queríamos transmitir.

Idealmente, esa fidelidad debería ser del 100 %. Si está por encima del 66,6 % sabemos que el proceso es imposible sin usar física cuántica. En el experimento se consigue en promedio una fidelidad del 70 %, pero en algunos estados cae hasta el 65 %. Esto es suficiente para demostrar que el proceso es cuántico (al menos, en promedio), pero obviamente todavía muy lejos de cualquier posible aplicación tecnológica, ya que el estado que se obtiene es un 30 % distinto del original. Queda mucho trabajo por delante para mejorar esos porcentajes y poder extender el experimento a nodos más alejados en la red.

Este trabajo es un logro experimental que busca abrir las puertas a un gran número de posibilidades, con la internet cuántica como objetivo final.

La teleportación cuántica se ha comprobado experimentalmente en múltiples ocasiones y circunstancias, desde que fue formulada teóricamente en 1993 por un grupo de seis físicos teóricos. Evoca formas de transporte de la ciencia-ficción, pero de forma más pragmática es la operación básica para poder hacer comunicaciones cuánticas.

Permite transportar información cuántica entre un emisor (Alicia) y un receptor (Benito) separados por una cierta distancia y sin violar ninguna de las leyes fundamentales de la física, como la relatividad de Einstein o el principio de indeterminación de Heisenberg. Pero para que el transporte de información cuántica haga posibles comunicaciones cuánticas más versátiles necesitamos más nodos (Alicia, Benito, Carlos etc.) y a distancias arbitrariamente grandes.

En el experimento recogido en Nature por Sophie Hermans, Ronald Hanson y colaboradores, se consigue hacer una teleportación entre el nodo de Alicia y el nodo de Benito con un nodo extra de Carlos que actúa de intermediario. Se utilizan cúbits de spin (unidades de información cuántica) insertados en diamantes y conectados por enlaces de fibra óptica. Se consigue teleportar estados garantizando su carácter cuántico y con una gran eficiencia. El equipo ha introducido muchas mejoras técnicas que esperan sean reutilizables en otras plataformas cuánticas, pero se echa de menos más información sobre el rango de distancias entre los nodos.

La utilización de nodos intermediarios en la teleportación permitirá transportar el entanglement cuántico a grandes distancias y evitar que se deteriore por el camino. Esta es la base de los llamados repetidores cuánticos, la versión cuántica de los repetidores de las señales electromagnéticas que hacen posible las comunicaciones de radio, televisión y más modernamente los móviles.

La teleportación cuántica permitirá en el futuro unificar las comunicaciones cuánticas con la computación cuántica, tomando la forma de una internet cuántica: los nodos serán ordenadores cuánticos que se comunicarán entre sí por medio de enlaces cuánticos utilizando la teleportación.

Con todo, el experimento actual es un avance necesario, pero todavía no suficiente para recorrer todas esas posibilidades que se nos abren cuando consigamos dominar aún más la teleportación cuántica de forma práctica y rutinaria, y en particular, conseguir teleportar a distancias suficientemente grandes.