Enmarcado dentro del gran proyecto europeo del Quantum Flagship, liderado por Mikel Sanz Ruiz, investigador del grupo QUTIS del Departamento de Química Física de la UPV/EHU, han realizado un experimento en colaboración con investigadores alemanes y japoneses donde han conseguido desarrollar un protocolo de preparación de un estado cuántico a distancia, pero realizando la comunicación en el rango de las microondas, “que es la frecuencia en la que trabajan todos los ordenadores cuánticos. Esta es la primera vez que se comprueba la posibilidad de hacerlo en este rango, lo cual puede traer una revolución en los próximos años en los ámbitos de la comunicación cuántica segura y los radares cuánticos en microondas”, comenta el investigador.

La preparación de un estado cuántico a distancia (conocido en inglés como remote state preparation) tiene como base el fenómeno del entrelazamiento cuántico, en el que los conjuntos de partículas que están entrelazadas pierden su individualidad y se comportan como una sola entidad, incluso si están espacialmente separadas. “Entonces, si dos ordenadores tienen esta correlación cuántica, haciendo operaciones solo en uno de ellos, se puede incidir en el otro. Se pueden realizar comunicaciones cuánticas absolutamente seguras”, explica Sanz.

Los estudios con ese protocolo de preparación de un estado cuántico a distancia se iniciaron hace unos 20 años, pero hasta la fecha la comunicación siempre se había hecho mediante ondas del rango visible. “Esto es debido a que el trabajo en este rango se puede realizar a temperatura ambiente, dado que la radiación térmica que emiten los cuerpos, por el simple hecho de estar a temperatura ambiente, es extremadamente baja en el rango óptico, por lo que apenas existen interferencias en esa comunicación —describe el investigador—. Sin embargo, en el rango de las microondas, se producen billones, trillones de fotones a temperatura ambiente que destruyen las propiedades cuánticas, por lo que para evitar todo ese ruido, estos experimentos se deben hacer en temperaturas cercanas al cero absoluto (0,05 Kelvin), para limitar al máximo la radiación de los cuerpos, y la comunicación sea efectiva”.

Tras un gran trabajo en el desarrollo de esa tecnología para poder hacer los experimentos, consiguieron preparar un estado cuántico a una distancia de 35 centímetros. “Esto ha sido de una prueba de concepto, lo que en inglés se conoce como proof of principle, un primer paso para saber que es posible seguir adelante en el desarrollo de esta tecnología. Pero creemos que es un primer paso muy importante, que puede traer consigo una revolución en la próxima década”, resalta el doctor Sanz.

El investigador destaca dos ámbitos en los que se podría dar esta revolución: “por un lado, la comunicación o criptografía cuántica, ya que sería absolutamente segura, y al no tener que cambiar la frecuencia al rango óptico (tal como se hace actualmente), se evitarían muchas pérdidas en esa comunicación. Y por otro lado, la metrología cuántica ultraprecisa y los radares cuánticos. Las distintas aplicaciones que tienen los radares se basan en la detección de objetos, y esta detección se hace en microondas, y dado que hay aparatos como los drones que cada vez son más pequeños, se requiere que los radares tengan cada vez mayor potencia para poder detectarlos, para saber dónde están. La tecnología que estamos desarrollando puede ayudar mucho en este aspecto”.

Esas aplicaciones, y otras muchas que puede tener esta tecnología, no son concebibles en las temperaturas tan bajas en las que trabajan hoy por hoy, por lo que “uno de los objetivos del proyecto es intentar conseguir que esta tecnología trabaje a temperatura ambiente. Al fin y al cabo, lo que buscamos es llevar esta tecnología a productos comerciales”, concluye Sanz.

Información complementaria

El consorcio que ha participado en este experimento está formado por investigadores de la UPV/EHU, el Instituto Walther-Meißner alemán (QMiCS) y la Universidad de Tokio (Japón). Dentro del grupo QUTIS del Departamento de Química Física de la UPV/EHU, además de Mikel Sanz, liderando el grupo teórico, han participado Adrián Parra y el profesor Ikerbasque Enrique Solano.