La cinta cifrada cuántica sugiere una comunicación incómoda

Los intentos anteriores de construir un sistema de almacenamiento de memoria cuántica eran demasiado grandes para usarlos en un chip de computadora

La comunicación cifrada cuántica y la computación cuántica prometen ser formas más seguras y seguras de comunicarse, pero una variedad de desafíos obstaculizan estos objetivos.

Pero una nueva investigación nos ha acercado un poco más a nuestro objetivo.

La comunicación cuántica implica el intercambio de información cuántica a largas distancias. Pero para romper esto, primero se debe abordar el concepto de memoria cuántica.

La memoria cuántica significa una interacción entre la luz y la materia que permite la recuperación de información cuántica, almacenada en la luz, de manera similar a la memoria de una computadora clásica.

Los intentos anteriores de construir un sistema de almacenamiento de memoria cuántica eran demasiado grandes para ser útiles a la escala requerida, el tamaño de un chip de computadora.

Ahora, investigadores de China y Estados Unidos han creado una «caja» de almacenamiento cuántico que es lo suficientemente pequeña para ser utilizada en un chip. El dispositivo es una cavidad de tamaño nanométrico, aproximadamente una milésima de milímetro, llena con el elemento neodimio dentro de una estructura cristalina. El artículo se publica en la revista Science.

«Los fotones se almacenan en un conjunto de átomos de neodimio de tierras raras», dice Andrei Faraon del Instituto de Tecnología de California y coautor del artículo.

En el interior, los átomos están atrapados en un cristal llamado itrio ortovanadato (YVO4). «El conjunto es pequeño y, por sí solo, no podría absorber fotones», dice Faraón. «Es por eso que hacemos una cavidad óptica o resonador en el cristal YVO, que mejora la interacción entre los átomos y la luz, de modo que la absorción de fotones por los átomos se vuelve eficiente».

Para almacenar fotones, la cavidad se prepara de una manera especial utilizando una secuencia de pulsos láser. Esta preparación significa que después de que los fotones se absorben, se vuelven a emitir automáticamente después de un breve período de tiempo, o 75 nanosegundos, para ser exactos. «Para implementar la memoria cuántica usando este dispositivo, almacenamos fotones que tienen la forma de dos pulsos, pulsos tempranos y tardíos», dice Pharaoh.

«Cuánticamente, el fotón existe en una superposición temprana y tardía». Esto significa que existe como una combinación de las dos fases al mismo tiempo. Una vez recuperados los pulsos, es muy similar a los pulsos almacenados, lo que significa que la memoria funciona.

El faraón espera que este nuevo dispositivo, que es mucho más pequeño que cualquier otro fabricado anteriormente, nos ayude a romper la comunicación cuántica. «En el futuro, podría usarse para transferir información cuántica a largas distancias a través de fibras ópticas», dice Pharaoh. «La memoria cuántica es esencial en la mayoría de los esquemas para transferir información cuántica a largas distancias».

La comunicación cifrada cuántica sería mucho más segura que los algoritmos matemáticos que se utilizan actualmente. Esto se debe a las propiedades de la mecánica cuántica llamadas principio de incertidumbre de Heisenberg.

Actualmente, la información se puede cifrar con técnicas basadas en algoritmos matemáticos. Es difícil averiguar el algoritmo exacto utilizado para cifrar un dato, lo que hace que el enfoque sea en gran medida seguro por el momento.

Sin embargo, los expertos anticipan computadoras lo suficientemente potentes como para descifrar los códigos que aparecerán en los próximos 10 a 20 años. Este desarrollo significaría que los métodos de cifrado actuales serían redundantes, ya que podrían romperse fácilmente.

El año pasado, los investigadores del Departamento de Seguridad Internacional de Chatham House dijeron que los satélites y otras tecnologías de comunicaciones espaciales representaban un riesgo significativo debido a los piratas informáticos y los ciberataques.

Pero hay una solución potencial, y aquí entra en juego la mecánica cuántica. El principio de incertidumbre de Heisenberg significa que el acto de observar una partícula crea ciertos cambios en su comportamiento.

Específicamente, significa que no podemos conocer el momento y la posición de una partícula con el mismo grado de certeza simultáneamente. El cifrado cuántico lo usa para crear datos con codificación ligera que, si se interceptan, cambiarán su comportamiento. Esto puede alertar a las personas que comunican que la clave de seguridad no es segura de usar.

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