Con el tiempo, la ciencia a menudo convierte lo imposible en posible, y el último ejemplo de ello es un nuevo estudio que calcula la viabilidad de enviar señales cuánticas desde la Tierra a un satélite, con el potencial de permitir redes de comunicación cuánticas más grandes y potentes.
Ya es posible enviar partículas de luz entrelazadas desde los satélites a las estaciones terrestres, pero la idea de poder transferir fotones en la otra dirección, desde la Tierra al espacio, se consideraba imposible debido a las dificultades para mantener estable la señal.
Este último estudio, de un equipo de la Universidad Tecnológica de Sydney (UTS) en Australia, sugiere que se podría hacer. Se basa en un modelo detallado que implementa el intercambio de entrelazamientos, teniendo en cuenta las probables condiciones atmosféricas, el posicionamiento de los satélites y la interferencia de los fotones perdidos y el ruido.
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“La idea es disparar dos partículas individuales de luz desde estaciones terrestres separadas a un satélite que orbita a 500 kilómetros (310 millas) sobre la Tierra, viajando a unos 20.000 kilómetros por hora, de modo que se encuentren tan perfectamente que sufran interferencia cuántica.“ dice el físico de la UTS Simon Devitt.
“Sorprendentemente, nuestro modelado mostró que un enlace ascendente es factible. Incluimos efectos del mundo real como la luz de fondo de la Tierra y los reflejos de la luz solar de la Luna, efectos atmosféricos y la alineación imperfecta de los sistemas ópticos”.
Entonces, ¿por qué importa? Una Internet cuántica promete redes que son imposibles de piratear por diseño: tan pronto como partes no autorizadas miran los datos, se codifican. Se utilizan partículas entrelazadas como fotones para verificar las comunicaciones en cada extremo.
Hoy en día, estas claves secretas pueden crearse en satélites y luego transmitirse a la Tierra. Es más fácil mantener los fotones estables en dirección descendente, porque la dispersión atmosférica ocurre al final de la transmisión, no al comienzo. Además,Es más fácil alcanzar objetivos más grandes y fijos en la Tierra que un satélite itinerante en el espacio.
El gran inconveniente es la potencia: los satélites no tienen mucha. Las estaciones terrestres, sin embargo, sí lo hacen. Realizar las tareas más exigentes en tierra significa que se pueden producir muchos más pares de fotones entrelazados con mayor rapidez y luego transmitirlos a los satélites para su posterior distribución.
“El satélite sólo necesita una unidad óptica compacta para interferir los fotones entrantes e informar el resultado”, dice Devitt, “en lugar de hardware cuántico para producir los billones y billones de fotones por segundo necesarios para superar las pérdidas en tierra, permitiendo un enlace cuántico de gran ancho de banda. Eso mantiene bajos los costos y el tamaño y hace que el enfoque sea más práctico”.
Hay algunas advertencias aquí. Si bien el sistema técnicamente podría funcionar con un alto nivel de fidelidad (lo que garantiza la confiabilidad de los datos), solo podría funcionar de noche, lejos de la interferencia de la luz solar, e incluso entonces solo con una calibración cuidadosa. Pero es algo sobre lo que construir.
Aún queda un largo camino por recorrer para lograr una red de comunicaciones cuánticas que funcione plenamente, pero ahora sabemos que los sistemas bidireccionales son al menos teóricamente posibles. Los investigadores sugieren que se podrían realizar futuras pruebas en el mundo real utilizando receptores en drones o globos.
“En el futuro, la cuántica enredo será un poco como la electricidad: un bien del que hablamos que impulsa otras cosas”, dice Devitt.
“Se genera y transmite de una manera que a menudo es invisible para el usuario: simplemente conectamos nuestros electrodomésticos y lo utilizamos”.
La investigación ha sido publicada en Physical Review Research.