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Articulo de referencia

Red cuántica

Una estación terrestre óptica cuántica ubicada en la montaña Hafelekar a una altitud de 2280 m y operada por la Universidad de Innsbruck . Las redes cuánticas constituyen un ele...

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Una estación terrestre óptica cuántica ubicada en la montaña Hafelekar a una altitud de 2280 m y operada por la Universidad de Innsbruck .

Las redes cuánticas constituyen un elemento fundamental de los sistemas de computación y comunicación cuántica . Facilitan la transmisión de información en forma de bits cuánticos, también llamados cúbits , entre procesadores cuánticos físicamente separados. Un procesador cuántico es una máquina capaz de realizar circuitos cuánticos en un número determinado de cúbits. Las redes cuánticas funcionan de forma similar a las redes clásicas. La principal diferencia radica en que las redes cuánticas, al igual que la computación cuántica, son más eficaces para resolver ciertos problemas, como el modelado de sistemas cuánticos.

Lo esencial

Cálculo

La computación cuántica en red o computación cuántica distribuida [ 1 ] [ 2 ] funciona conectando múltiples procesadores cuánticos a través de una red cuántica mediante el envío de cúbits entre ellos. Esto crea un clúster de computación cuántica y, por lo tanto, aumenta el potencial de cómputo. De esta manera, se pueden conectar computadoras menos potentes para crear un procesador más potente. Esto es análogo a conectar varias computadoras clásicas para formar un clúster en la computación clásica. Al igual que la computación clásica, este sistema es escalable mediante la adición de más y más computadoras cuánticas a la red. Actualmente, los procesadores cuánticos solo están separados por distancias cortas.

Comunicación

En el ámbito de la comunicación cuántica , se busca enviar cúbits de un procesador cuántico a otro a largas distancias. [ 3 ] De esta manera, las redes cuánticas locales pueden interconectarse para formar una internet cuántica . Una internet cuántica [ 1 ] admite numerosas aplicaciones, cuyo poder reside en la posibilidad de transmitir información entre procesadores cuánticos remotos mediante la creación de cúbits entrelazados cuánticamente . La mayoría de las aplicaciones de una internet cuántica requieren procesadores cuánticos muy modestos. Para la mayoría de los protocolos de internet cuántica, como la distribución de claves cuánticas en criptografía cuántica , basta con que estos procesadores sean capaces de preparar y medir un solo cúbit a la vez. Esto contrasta con la computación cuántica, donde las aplicaciones interesantes solo pueden realizarse si los procesadores cuánticos (combinados) pueden simular fácilmente más cúbits que un ordenador clásico (alrededor de 60 [ 4 ] ). Las aplicaciones de internet cuántica requieren procesadores cuánticos pequeños, a menudo de un solo cúbit, ya que el entrelazamiento cuántico puede realizarse entre solo dos cúbits. La simulación de un sistema cuántico entrelazado en un ordenador clásico no puede proporcionar simultáneamente la misma seguridad y velocidad.

Descripción general de los elementos

La estructura básica de una red cuántica, y más generalmente de una internet cuántica, es análoga a la de una red clásica. En primer lugar, tenemos nodos finales donde se ejecutan las aplicaciones. Estos nodos finales son procesadores cuánticos de al menos un cúbit. Algunas aplicaciones de una internet cuántica requieren procesadores cuánticos de varios cúbits, así como memoria cuántica en los nodos finales.

En segundo lugar, para transportar cúbits de un nodo a otro, necesitamos líneas de comunicación. Para la comunicación cuántica, se pueden usar fibras de telecomunicaciones estándar . Para la computación cuántica en red, donde los procesadores cuánticos están conectados a corta distancia, se eligen diferentes longitudes de onda según la plataforma de hardware específica del procesador cuántico.

En tercer lugar, para aprovechar al máximo la infraestructura de comunicación, se requieren conmutadores ópticos capaces de enviar cúbits al procesador cuántico correspondiente. Estos conmutadores deben preservar la coherencia cuántica , lo que los hace más difíciles de implementar que los conmutadores ópticos estándar.

Finalmente, se requiere un repetidor cuántico para transportar cúbits a largas distancias. Los repetidores se ubican entre los nodos finales. [ 5 ] Dado que los cúbits no se pueden copiar ( teorema de no clonación ), la amplificación de señales clásica no es posible. Por consiguiente, un repetidor cuántico funciona de manera fundamentalmente diferente a un repetidor clásico.

Elementos

Nodos finales: procesadores cuánticos

Los nodos finales pueden tanto recibir como emitir información. [ 5 ] Los láseres de telecomunicaciones y la conversión descendente paramétrica combinados con fotodetectores pueden utilizarse para la distribución de claves cuánticas . En este caso, los nodos finales pueden ser, en muchos casos, dispositivos muy simples que consisten únicamente en divisores de haz y fotodetectores.

Sin embargo, para muchos protocolos se requieren nodos finales más sofisticados. Estos sistemas ofrecen capacidades de procesamiento avanzadas y también pueden utilizarse como repetidores cuánticos. Su principal ventaja es que pueden almacenar y retransmitir información cuántica sin alterar el estado cuántico subyacente . El estado cuántico almacenado puede ser el espín relativo de un electrón en un campo magnético o el estado energético de un electrón. [ 5 ] También pueden realizar compuertas lógicas cuánticas .

Una forma de realizar tales nodos finales es mediante el uso de centros de color en diamante, como el centro de vacancia de nitrógeno . Este sistema forma un pequeño procesador cuántico con varios cúbits . Los centros NV pueden utilizarse a temperatura ambiente. [ 5 ] En este sistema ya se han demostrado algoritmos cuánticos a pequeña escala y corrección de errores cuánticos [ 6 ] , así como la capacidad de entrelazar dos [ 7 ] y tres [ 8 ] procesadores cuánticos, y realizar teletransportación cuántica determinista . [ 9 ]

Otra plataforma posible son los procesadores cuánticos basados ​​en trampas de iones , que utilizan campos magnéticos de radiofrecuencia y láseres. [ 5 ] En una red de nodos de iones atrapados de múltiples especies, los fotones entrelazados con un átomo padre se utilizan para entrelazar diferentes nodos. [ 10 ] Además, la electrodinámica cuántica de cavidades (QED de cavidades) es un método posible para lograr esto. En QED de cavidades, los estados cuánticos fotónicos se pueden transferir hacia y desde estados cuánticos atómicos almacenados en átomos individuales contenidos en cavidades ópticas. Esto permite la transferencia de estados cuánticos entre átomos individuales mediante fibra óptica, además de la creación de entrelazamiento remoto entre átomos distantes. [ 5 ] [ 11 ] [ 12 ]

Líneas de comunicación: capa física

A largas distancias, el método principal para operar redes cuánticas es el uso de redes ópticas y cúbits basados ​​en fotones . Esto se debe a que las redes ópticas tienen una menor probabilidad de decoherencia . Las redes ópticas tienen la ventaja de poder reutilizar la fibra óptica existente . Alternativamente, se pueden implementar redes de espacio libre que transmiten información cuántica a través de la atmósfera o del vacío. [ 13 ]

Redes de fibra óptica

Las redes ópticas que utilizan fibra de telecomunicaciones existente pueden implementarse con hardware similar al de los equipos de telecomunicaciones actuales. Esta fibra puede ser monomodo o multimodo, permitiendo la monomodo una comunicación más precisa. [ 5 ] En el emisor, se puede crear una fuente de fotones individuales atenuando fuertemente un láser de telecomunicaciones estándar, de modo que el número medio de fotones por pulso sea inferior a 1. Para la recepción, se puede utilizar un fotodetector de avalancha . Se pueden utilizar diversos métodos de control de fase o polarización , como interferómetros y divisores de haz . En el caso de protocolos basados ​​en entrelazamiento , los fotones entrelazados pueden generarse mediante conversión descendente paramétrica espontánea . En ambos casos, la fibra de telecomunicaciones puede multiplexarse ​​para enviar señales de control y temporización no cuánticas.

En 2020, un equipo de investigadores afiliados a varias instituciones en China logró enviar memorias cuánticas entrelazadas a través de un cable de fibra óptica enrollado de 50 kilómetros. [ 14 ]

redes de espacio libre

Las redes cuánticas de espacio libre funcionan de forma similar a las redes de fibra óptica, pero dependen de la línea de visión entre las partes que se comunican en lugar de utilizar una conexión de fibra óptica. Las redes de espacio libre suelen admitir velocidades de transmisión más altas que las redes de fibra óptica y no tienen que tener en cuenta la distorsión de polarización causada por la fibra óptica . [ 15 ] Sin embargo, a largas distancias, la comunicación en espacio libre está sujeta a una mayor probabilidad de interferencia ambiental en los fotones . [ 5 ]

La comunicación en espacio libre también es posible desde un satélite a la Tierra. Se ha demostrado un satélite cuántico capaz de distribuir entrelazamiento  a una distancia de 1203 km [ 16 ]  . También se ha informado del intercambio experimental de fotones individuales desde un sistema global de navegación por satélite a una distancia oblicua de 20 000 km [ 17 ] . Estos satélites pueden desempeñar un papel importante en la conexión de redes terrestres más pequeñas a distancias mayores. En las redes de espacio libre, las condiciones atmosféricas, como la turbulencia, la dispersión y la absorción, presentan desafíos que afectan la fidelidad de los estados cuánticos transmitidos. Para mitigar estos efectos, los investigadores emplean óptica adaptativa, esquemas de modulación avanzados y técnicas de corrección de errores [ 18 ] . La resiliencia de los protocolos QKD frente a la interceptación juega un papel crucial para garantizar la seguridad de los datos transmitidos. Específicamente, protocolos como BB84 y esquemas de estados señuelo se han adaptado a entornos de espacio libre para mejorar la robustez frente a posibles vulnerabilidades de seguridad.

Repetidores

La comunicación a larga distancia se ve obstaculizada por la pérdida de señal y la decoherencia inherentes a la mayoría de los medios de transmisión, como la fibra óptica. En la comunicación clásica, se pueden usar amplificadores para potenciar la señal durante la transmisión, pero en una red cuántica no se pueden usar, ya que los cúbits no se pueden copiar, según el teorema de no clonación . Es decir, para implementar un amplificador, sería necesario determinar el estado completo del cúbit en movimiento, algo indeseable e imposible.

Repetidores de confianza

Un paso intermedio que permite probar la infraestructura de comunicación son los repetidores de confianza. Es importante destacar que un repetidor de confianza no puede utilizarse para transmitir cúbits a largas distancias. En cambio, un repetidor de confianza solo puede utilizarse para realizar la distribución de claves cuánticas, con la suposición adicional de que el repetidor es de confianza. Consideremos dos nodos finales A y B, y un repetidor de confianza R en el medio. A y R ahora realizan la distribución de claves cuánticas para generar una clave.kAR{\displaystyle k_{AR}}De manera similar, R y B ejecutan la distribución de clave cuántica para generar una clave.kRB{\displaystyle k_{RB}}A y B ahora pueden obtener una clave.kAB{\displaystyle k_{AB}}entre ellos de la siguiente manera: A envíakAB{\displaystyle k_{AB}}a R cifrado con la clavekAR{\displaystyle k_{AR}}. R descifra para obtenerkAB{\displaystyle k_{AB}}. R vuelve a cifrarkAB{\displaystyle k_{AB}}usando la clavekRB{\displaystyle k_{RB}}y se lo envía a B. B lo descifra para obtenerkAB{\displaystyle k_{AB}}A y B ahora comparten la clavekAB{\displaystyle k_{AB}}La clave está protegida de un intruso externo, pero claramente el repetidor R también lo sabe.kAB{\displaystyle k_{AB}}Esto significa que cualquier comunicación posterior entre A y B no proporciona seguridad de extremo a extremo, sino que solo es segura mientras A y B confíen en el repetidor R.

Repetidores cuánticos

Diagrama de teletransportación cuántica de un fotón

Un repetidor cuántico auténtico permite la generación de entrelazamiento cuántico de extremo a extremo y, por lo tanto , mediante la teletransportación cuántica , la transmisión de cúbits de extremo a extremo . En los protocolos de distribución de claves cuánticas, se puede comprobar la existencia de dicho entrelazamiento. Esto significa que, al generar claves de cifrado, tanto el emisor como el receptor están protegidos, incluso si no confían en el repetidor cuántico. Cualquier otra aplicación de internet cuántica también requiere la transmisión de cúbits de extremo a extremo y, por consiguiente, un repetidor cuántico.

Los repetidores cuánticos permiten el entrelazamiento y pueden establecerse en nodos distantes sin enviar físicamente un cúbit entrelazado a lo largo de toda la distancia. [ 19 ]

En este caso, la red cuántica consta de muchos enlaces de corta distancia, de quizás decenas o cientos de kilómetros. En el caso más simple de un solo repetidor, se establecen dos pares de cúbits entrelazados:|A⟩{\displaystyle |A\rangle }y|Ra⟩{\displaystyle |R_{a}\rangle }ubicados en el emisor y el repetidor, y un segundo par|Rb⟩{\displaystyle |R_{b}\rangle }y|B⟩{\displaystyle |B\rangle }ubicados en el repetidor y el receptor. Estos cúbits entrelazados iniciales se pueden crear fácilmente, por ejemplo, mediante conversión descendente paramétrica , con un cúbit transmitido físicamente a un nodo adyacente. En este punto, el repetidor puede realizar una medición de Bell en los cúbits.|Ra⟩{\displaystyle |R_{a}\rangle }y|Rb⟩{\displaystyle |R_{b}\rangle }teletransportando así el estado cuántico de|Ra⟩{\displaystyle |R_{a}\rangle }sobre|B⟩{\displaystyle |B\rangle }. Esto tiene el efecto de "intercambiar" el entrelazamiento de tal manera que|A⟩{\displaystyle |A\rangle }y|B⟩{\displaystyle |B\rangle }Ahora están entrelazados a una distancia que duplica la de los pares entrelazados iniciales. Se puede observar que una red de tales repetidores puede utilizarse de forma lineal o jerárquica para establecer entrelazamiento a grandes distancias. [ 20 ] [ 21 ]

Las plataformas de hardware adecuadas como nodos finales mencionadas anteriormente también pueden funcionar como repetidores cuánticos. Sin embargo, también existen plataformas de hardware específicas [ 22 ] para la tarea de actuar como repetidor, sin la capacidad de realizar puertas cuánticas.

Corrección de errores

La corrección de errores puede utilizarse en repetidores cuánticos. Sin embargo, debido a limitaciones tecnológicas, su aplicabilidad se limita a distancias muy cortas, ya que los esquemas de corrección de errores cuánticos capaces de proteger los cúbits a largas distancias requerirían una cantidad extremadamente grande de cúbits y, por lo tanto, ordenadores cuánticos extremadamente grandes.

Los errores de comunicación se pueden clasificar en dos tipos principales: errores de pérdida (debido a la fibra óptica o al entorno) y errores de operación (como despolarización , desfase, etc.). Si bien la redundancia se puede utilizar para detectar y corregir errores clásicos, no se pueden crear cúbits redundantes debido al teorema de no clonación. Por lo tanto, es necesario introducir otros tipos de corrección de errores, como el código de Shor o alguno de los códigos más generales y eficientes. Todos estos códigos funcionan distribuyendo la información cuántica entre múltiples cúbits entrelazados para corregir tanto los errores de operación como los de pérdida. [ 23 ]

Además de la corrección de errores cuánticos, las redes cuánticas pueden emplear la corrección de errores clásica en casos especiales, como la distribución de claves cuánticas. En estos casos, el objetivo de la comunicación cuántica es transmitir de forma segura una secuencia de bits clásicos. Se pueden aplicar códigos de corrección de errores tradicionales, como los códigos de Hamming, a la secuencia de bits antes de su codificación y transmisión en la red cuántica.

purificación de enredos

La decoherencia cuántica puede ocurrir cuando un cúbit de un estado de campana máximamente entrelazado se transmite a través de una red cuántica. La purificación del entrelazamiento permite la creación de cúbits casi máximamente entrelazados a partir de un gran número de cúbits arbitrarios débilmente entrelazados, y por lo tanto proporciona protección adicional contra errores. La purificación del entrelazamiento (también conocida como destilación del entrelazamiento ) ya se ha demostrado en centros de vacantes de nitrógeno en diamante. [ 24 ]

Aplicaciones

Una internet cuántica admite numerosas aplicaciones, gracias al entrelazamiento cuántico . En general, el entrelazamiento cuántico es idóneo para tareas que requieren coordinación, sincronización o privacidad.

Ejemplos de tales aplicaciones incluyen la distribución de claves cuánticas , [ 25 ] [ 26 ] la estabilización de relojes, [ 27 ] protocolos para problemas de sistemas distribuidos como la elección de líderes o el acuerdo bizantino , [ 5 ] la extensión de la línea base de los telescopios , [ 28 ] [ 29 ] así como la verificación de posición, [ 30 ] [ 31 ] identificación segura y criptografía de dos partes en el modelo de almacenamiento ruidoso . Una internet cuántica también permite el acceso seguro a una computadora cuántica [ 32 ] en la nube. Específicamente, una internet cuántica permite que dispositivos cuánticos muy simples se conecten a una computadora cuántica remota de tal manera que se puedan realizar cálculos allí sin que la computadora cuántica descubra en qué consiste realmente este cálculo (los estados cuánticos de entrada y salida no se pueden medir sin destruir el cálculo, pero se conocerá la composición del circuito utilizado para el cálculo).

Comunicaciones seguras

Cuando se trata de comunicarse de cualquier forma, el mayor problema siempre ha sido mantener la privacidad de estas comunicaciones. [ 33 ] Las redes cuánticas permitirían crear, almacenar y transmitir información, alcanzando potencialmente "un nivel de privacidad, seguridad y poder computacional imposible de lograr con Internet hoy en día". [ 34 ]

Al aplicar un operador cuántico seleccionado por el usuario a un sistema de información, esta puede enviarse al receptor sin posibilidad de que un intruso la registre con precisión sin que ni el emisor ni el receptor lo sepan. A diferencia de la información clásica, que se transmite en bits y se le asigna un valor de 0 o 1, la información cuántica utilizada en redes cuánticas emplea bits cuánticos (qubits), que pueden tener valores de 0 y 1 simultáneamente, al encontrarse en un estado de superposición . [ 34 ] [ 35 ] Esto funciona porque si un intruso intenta interceptar la comunicación, alterará la información de forma no deseada, revelando así su identidad a quienes intenta atacar. En segundo lugar, sin el operador cuántico adecuado para decodificar la información, la corromperá sin poder utilizarla. Además, los qubits pueden codificarse en diversos materiales, como la polarización de fotones o los estados de espín de los electrones . [ 34 ]

Estado actual

Internet cuántica

Un ejemplo de prototipo de red de comunicación cuántica es la red cuántica a escala urbana de ocho usuarios descrita en un artículo publicado en septiembre de 2020. La red, ubicada en Bristol, utilizó infraestructura de fibra óptica ya desplegada y funcionó sin conmutación activa ni nodos de confianza. [ 36 ] [ 37 ]

En 2022, investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China y del Instituto de Tecnología Cuántica de Jinan demostraron el entrelazamiento cuántico entre dos dispositivos de memoria ubicados a 12,5 km de distancia entre sí dentro de un entorno urbano. [ 38 ]

En ese mismo año, un físico de la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos dio un paso significativo hacia la red del futuro al utilizar una técnica llamada teletransportación cuántica que envía datos a tres ubicaciones físicas, algo que antes solo era posible con dos ubicaciones. [ 39 ]

En 2024, investigadores del Reino Unido y Alemania lograron un hito al producir, almacenar y recuperar información cuántica. Este logro implicó la interconexión de una fuente de luz de puntos cuánticos y un sistema de memoria cuántica, allanando el camino para aplicaciones prácticas a pesar de desafíos como la pérdida de información cuántica a largas distancias. [ 40 ]

En febrero de 2025, investigadores de la Universidad de Oxford demostraron experimentalmente la distribución de cálculos cuánticos entre dos módulos de iones atrapados interconectados fotónicamente. Cada módulo contenía cúbits de red y de circuito dedicados, y estaban separados por aproximadamente dos metros. El equipo logró la teletransportación determinista de una puerta Z controlada entre dos cúbits de circuito ubicados en módulos separados, alcanzando una fidelidad del 86 %. Este experimento también marcó la primera implementación de un algoritmo cuántico distribuido que comprende múltiples puertas de dos cúbits no locales, específicamente el algoritmo de búsqueda de Grover , que se ejecutó con una tasa de éxito del 71 %. Estos avances representaron un progreso significativo hacia la computación cuántica escalable y el desarrollo de una internet cuántica. [ 41 ]

También se ha demostrado una puerta CNOT teletransportada determinista entre registros de cúbits de estado sólido remotos basados ​​en centros de vacantes de nitrógeno en diamante, extendiendo las operaciones de puertas distribuidas a una plataforma de estado sólido. [ 42 ]

Cálculo

En 2021, investigadores del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica en Alemania informaron sobre un primer prototipo de puertas lógicas cuánticas para computadoras cuánticas distribuidas. [ 43 ] [ 44 ]

módems cuánticos experimentales

Un equipo de investigación del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica en Garching, Alemania, ha logrado transportar datos cuánticos desde cúbits estables y en movimiento mediante la coincidencia del espectro infrarrojo. Esto requiere un sofisticado cristal de silicato de itrio superenfriado que intercala erbio en un entorno reflectante para lograr la coincidencia de resonancia de las longitudes de onda infrarrojas presentes en las redes de fibra óptica. El equipo demostró con éxito que el dispositivo funciona sin pérdida de datos. [ 45 ]

Redes cuánticas móviles

En 2021, investigadores en China informaron sobre la transmisión exitosa de fotones entrelazados entre drones , utilizados como nodos para el desarrollo de redes cuánticas móviles o extensiones de red flexibles. Este podría ser el primer trabajo en el que se enviaron partículas entrelazadas entre dos dispositivos en movimiento. [ 46 ] [ 47 ] También se ha investigado la aplicación de comunicaciones cuánticas para mejorar las redes móviles 6G para la detección conjunta y la transferencia de datos con entrelazamiento cuántico , [ 48 ] [ 49 ] donde existen posibles ventajas como seguridad y eficiencia energética. [ 50 ]

Redes de distribución de claves cuánticas

Se han desplegado varias redes de prueba diseñadas para la distribución de claves cuánticas, ya sea a corta distancia (conectando a muchos usuarios) o a mayor distancia mediante repetidores de confianza. Estas redes aún no permiten la transmisión de cúbits de extremo a extremo ni la creación de entrelazamiento cuántico entre nodos distantes.

Red cuántica de DARPA
A principios de la década de 2000, DARPA comenzó a patrocinar un proyecto de desarrollo de redes cuánticas con el objetivo de implementar comunicaciones seguras. La Red Cuántica de DARPA entró en funcionamiento en el laboratorio de BBN Technologies a finales de 2003 y se amplió aún más en 2004 para incluir nodos en las universidades de Harvard y Boston. La red consta de múltiples capas físicas, incluyendo fibra óptica que soporta láseres modulados en fase y fotones entrelazados, así como enlaces en el espacio libre. [ 51 ] [ 52 ]
Red QKD de SECOQC Viena
Entre 2003 y 2008, el proyecto Comunicación Segura basada en Criptografía Cuántica (SECOQC) desarrolló una red de colaboración entre varias instituciones europeas. La arquitectura elegida para el proyecto SECOQC es una arquitectura de repetidores de confianza que consiste en enlaces cuánticos punto a punto entre dispositivos, donde la comunicación a larga distancia se realiza mediante el uso de repetidores. [ 53 ]
Red jerárquica china
En mayo de 2009, se demostró una red cuántica jerárquica en Wuhu, China. Esta red consta de una red troncal de cuatro nodos que conecta varias subredes. Los nodos troncales están conectados mediante un enrutador cuántico de conmutación óptica. Los nodos dentro de cada subred también están conectados mediante un conmutador óptico y se conectan a la red troncal a través de un relé de confianza. [ 54 ]
Red del área de Ginebra (SwissQuantum)
La red SwissQuantum, desarrollada y probada entre 2009 y 2011, conectó las instalaciones del CERN con la Universidad de Ginebra y hepia en Ginebra. El programa SwissQuantum se centró en la transición de las tecnologías desarrolladas en SECOQC y otras redes cuánticas de investigación a un entorno de producción. En particular, la integración con las redes de telecomunicaciones existentes, así como su fiabilidad y robustez. [ 55 ]
Red QKD de Tokio
En 2010, varias organizaciones de Japón y la Unión Europea establecieron y probaron la red QKD de Tokio. Esta red se basó en tecnologías QKD existentes y adoptó una arquitectura de red similar a SECOQC. Por primera vez, se implementó el cifrado de clave de un solo uso a velocidades de datos suficientemente altas como para admitir aplicaciones populares para usuarios finales, como videoconferencias y llamadas de voz seguras. Las redes QKD a gran escala anteriores solían utilizar algoritmos de cifrado clásicos, como AES, para la transferencia de datos a alta velocidad, y claves derivadas cuánticas para datos a baja velocidad o para la renovación periódica de las claves de los algoritmos de cifrado clásicos. [ 56 ]
Línea troncal Pekín-Shanghái
En septiembre de 2017, se inauguró oficialmente una red de distribución de claves cuánticas de 2000 km entre Pekín y Shanghái, China. Esta línea troncal servirá como columna vertebral que conectará las redes cuánticas de Pekín, Shanghái, Jinan (provincia de Shandong) y Hefei (provincia de Anhui). Durante la ceremonia de inauguración, dos empleados del Banco de Comunicaciones realizaron una transacción de Shanghái a Pekín utilizando la red. La Corporación Estatal de Redes Eléctricas de China también está desarrollando una aplicación de gestión para el enlace. [ 57 ] La línea utiliza 32 nodos de confianza como repetidores. [ 58 ] También se ha puesto en servicio una red de telecomunicaciones cuánticas en Wuhan, capital de la provincia de Hubei, en el centro de China, que se conectará a la línea troncal. Se prevé la creación de otras redes cuánticas urbanas similares a lo largo del río Yangtsé. [ 59 ]
En 2021, investigadores que trabajaban en esta red de redes informaron que combinaron más de 700 fibras ópticas con dos enlaces QKD de tierra a satélite utilizando una estructura de retransmisión confiable para una distancia total entre nodos de hasta ~4600 km, lo que la convierte en la red de comunicación cuántica integrada más grande de la Tierra. [ 60 ] [ 61 ]
IQNET
IQNET (Intelligent Quantum Networks and Technologies) fue fundada en 2017 por Caltech y AT&T . Juntos, colaboran con el Laboratorio Nacional de Aceleradores Fermi y el Laboratorio de Propulsión a Chorro . [ 62 ] En diciembre de 2020, IQNET publicó un trabajo en PRX Quantum que informaba sobre una teletransportación exitosa de cúbits de intervalo de tiempo a través de 44 km de fibra . [ 63 ] Por primera vez, el trabajo publicado incluye un modelado teórico de la configuración experimental . Los dos bancos de prueba para las mediciones realizadas fueron la Red Cuántica de Caltech y la Red Cuántica de Fermilab. Esta investigación representa un paso importante en el establecimiento de una internet cuántica del futuro, que revolucionaría los campos de la comunicación segura , el almacenamiento de datos, la detección de precisión y la computación. [ 64 ]

Esfuerzos de preestandarización

Las redes cuánticas aún no se han estandarizado, pero varias organizaciones de normalización están llevando a cabo esfuerzos de preestandarización.

El Grupo de Investigación de Internet Cuántica [ 65 ] (QIRG) del IRTF se fundó en noviembre de 2018. Hasta la fecha, QIRG ha publicado dos RFC . Se fundó para estudiar cuestiones que requieren la experiencia de la comunidad de Internet, como el enrutamiento, la gestión de recursos, la seguridad y las API.

El Grupo de Enfoque de la UIT-T sobre Tecnología de Información Cuántica para Redes (FG-QIT4N) [ 66 ] se fundó en septiembre de 2019 para estudiar la evolución, las aplicaciones, la terminología y los casos de uso de las redes cuánticas.

En términos más generales, la IEEE Standards Association tiene un conjunto de proyectos sobre tecnología de la información cuántica, algunos de los cuales abordan las redes cuánticas. [ 67 ]

Véase también

Referencias

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