Un laboratori català fa un pas pioner en la transmissió quàntica d'informació
És un avenç important per obtenir telecomunicacions més ràpides i segures
Un núvol d'àtoms d'un element químic anomenat rubidi, refredat a molt baixa temperatura amb làser. Un cristall alterat amb ions d'un altre element químic: el praseodimi. I un fotó que va del primer al segon transmetent informació. Explicat així, és difícil que l'experiment cridi gaire l'atenció dels no entesos. Però es tracta d'un pas molt important en telecomunicacions i és ben probable que en un futur més o menys proper, tots, entenguem bé aquestes frases o no, utilitzem tecnologies basades en aquest fenomen.
L'experiment l'ha dut a terme un grup d'investigadors de l'ICFO (Institut de Ciències Fotgòniques) de Castelldefels dirigit per Hugues de Riedmatten, professor ICREA (Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats) en aquest centre. Els resultats es publiquen a la revista "Nature".
Els investigadors han pogut construir per primer cop una xarxa quàntica híbrida, és a dir, entre dos nodes de naturalesa diferent. Les xarxes quàntiques es diferencien de les xarxes actuals per l'element que transmet la informació. En les xarxes clàssiques la informació viatja per xarxes de fibra òptica en forma de bits, que es generen i s'envien mitjançant xips i circuits electrònics.
En les xarxes d'informació quàntica la informació s'envia a través de bits quàntics o "qubits". Els bits clàssics es poden trobar en dos estats: 0 i 1. És el sistema binari amb què treballen els ordinadors i les xarxes actuals. Els qubits poden tenir aquests dos valors o estar en qualsevol superposició entre aquests dos estats. Per això ofereixen molts possibles estats diferents i més possibilitats de combinar-los per contenir informació.
Un altre element cabdal són els nodes on es poden generar o processar els qubits. Es tracta de sistemes de matèria quàntica, com ara gasos atòmics freds, sòlids alterats o altres sistemes. I els missatges que transporten la informació solen ser fotons, partícules individuals de llum. El problema que han afrontat amb èxit els investigadors de l'ICFO ha estat la tria de dos materials diferents per al node que genera el fotó i per al que el rep i processa la informació que conté. Es tractava de construir una xarxa híbrida, on el material de cada node fos diferent. Es tracta que tots dos materials s'entenguin, com explica Nicolas Maring, un dels autors de l'estudi:
"És com tenir nodes parlant en dos idiomes diferents. Perquè es comuniquin correctament, cal convertir les propietats del fotó individual perquè pugui transferir eficientment tota la informació d'un node a l'altre".
I aquí entren en acció els sistemes i elements químics citats al principi: el núvol d'àtoms de Rubidi refredat per làser, com a node emissor, i el cristall alterat amb ions de praseodimi, com a receptor. Del primer van generar un sol fotó amb un ample de banda específic molt estret i una determinada longitud d'ona. Després van convertir el fotó a la longitud d'ona de l'actual banda C de telecomunicacions. Posteriorment, el van enviar d'un laboratori a un altre a través de la fibra òptica.
En el segon laboratori, la longitud d'ona del fotó es va tornar a canviar perquè interactués correctament i es transferís al node de cristall l'estat quàntic, que, de fet, és la informació que es transmetia. Després, l'estat quàntic del fotó es va emmagatzemar en el cristall durant aproximadament 2,5 microsegons -milionèsimes de segon- i després es va recuperar amb una fidelitat molt alta.
Els resultats demostren per primer cop que dos sistemes quàntics molt diferents poden estar connectats i comunicar-se entre si per mitjà d'un sol fotó. I això obre la porta a un nou camp de treball en aplicacions, com explica Hugues de Riedmatten:
"Poder connectar nodes quàntics amb funcionalitats i capacitats molt diferents i transmetre bits quàntics entre ells per mitjà de fotons individuals representa una fita important en el desenvolupament de xarxes quàntiques híbrides".
Aquests sistemes serien completament compatibles amb les xarxes de telecomunicacions actuals, però obririen la porta a noves aplicacions: la transmissió de dades perfectament segura, el processament millorat de dades a través de computació quàntica distribuïda o aplicacions avançades de sincronització de rellotges, entre d'altres.
A més de Hugues de Riedmatten, signen l'article: Nicolas Maring, Pau Farrera, Kutlu Kutluer, Margherita Mazzera i Georg Heinze.
