México, D.F., a 6 de Octubre 2011.- El proyecto científico “Consorcio Europa-México para el desarrollo de aplicaciones en información cuántica y tecnologías de comunicación”, logró diseñar fuentes de luz no clásica con propiedades particulares, lo cual contribuye a vencer algunos de los retos hacia la implementación práctica de computadoras cuánticas.

Esta demostración experimental de fuentes de luz no clásica se realizó de acuerdo con las necesidades específicas de protocolos de transmisión y procesamiento de información cuántica. Una de las tecnologías clave que ha resultado de las propiedades cuánticas de la luz es la criptografía cuántica, la cual ha causado enorme interés pues certifica, en principio, una transmisión segura de datos.

Los sistemas cuánticos también permiten, en principio, el procesamiento de cantidades enormes de información, para lo cual la necesidad de recursos y/o tiempos de cómputo crecen de una forma exponencialmente más lenta con la complejidad del problema, en comparación con sistemas basados en la física clásica. En este sentido, el advenimiento de la computación cuántica sería potencialmente comparable a la revolución producida por la aparición del Internet y sus tecnologías vinculadas.

En entrevista, el Dr. Alfred Barry U Ren, líder de este proyecto FONCICYT (Fondo de Cooperación Internacional en Ciencia y Tecnología México-Unión Europea), indicó que el tema de su grupo de investigación es la óptica cuántica aplicada a la información cuántica.  

Dr. Alfred Barry U Ren, líder del proyecto

“En los 80 se demostró que con fotones –partículas elementales de luz- uno puede transmitir mensajes de manera completamente segura; las leyes de la física cuántica implican que un intento de espionaje podrá ser descubierto por el emisor y/o receptor de la información. Esto ha causado gran interés, pues lleva a aplicaciones directas; por ejemplo, en la realización de transacciones financieras completamente seguras entre dos sucursales bancarias”, explicó el científico del Instituto de Ciencias Nucleares de la UNAM.

Antecedentes

La física cuántica contradice tanto a la física clásica como algunas nociones básicas basadas en nuestra experiencia en el mundo macroscópico. Un concepto central de la física cuántica es el enredamiento cuántico: si dos objetos se encuentran entrelazados, es posible conocer el estado de uno de ellos haciendo una medición sobre el otro, aún si los dos objetos se encuentran separados por distancias arbitrariamente grandes.

Este proyecto FONCICYT desarrolló técnicas experimentales bien definidas que permiten emitir luz no clásica con propiedades controladas. Para la implantación de muchos de los protocolos de transmisión y procesamiento de información cuántica es de importancia fundamental contar con fotones individuales cuánticamente puros:

“A través de este proyecto logramos manipular las fuentes de luz no clásica, y conseguimos emitir parejas de fotones con características a la medida de aplicaciones particulares. Hemos propuesto técnicas que, en algunos casos, fueron llevadas a la práctica para generar parejas de fotones que van desde esencialmente monocromáticas, hasta un rango espectral de emisión ultra-amplio. Otras parejas van desde factorizables (es decir, no enredadas) hasta un grado de enredamiento muy considerable”, detalló el investigador.

En términos simples, la luz es una lluvia de fotones. Por ejemplo, un foco emite un número muy elevado de fotones por segundo. En contraste, en el laboratorio el equipo del Dr. U Ren trabaja con un régimen de intensidad tan bajo, que emite fotones de dos en dos: “Contamos con detectores que son capaces de constatar el arribo de un solo fotón. Con las técnicas que hemos desarrollado, la detección de uno de los fotones de una pareja puede anunciar la presencia del otro, en un estado cuánticamente puro. Es decir, sin diferentes tipos de emisión”.

Caracteristicas espaciales de una fuente de parejas de fotones

Aplicaciones

Si las tecnologías cuánticas se implementaran de manera exitosa, los actuales sistemas de criptografía (como los que se usan en las transacciones financieras) se verían vulnerados, debido a que estos comúnmente se basan en la dificultad computacional de factorizar números enteros grandes en sus factores primos.

Se ha mostrado que una computadora cuántica en principio podría resolver este problema de factorización de números, con una utilización de recursos y/o tiempo de cómputo exponencialmente menores que un sistema clásico comparable. Sin embargo, las mismas tecnologías cuánticas proveen la solución, a través de la criptografía cuántica.

De este modo es evidente que las tecnologías cuánticas podrían causar una transformación radical a los actuales paradigmas de informática y comunicación: “Es estratégico que los gobiernos, incluyendo el nuestro, inviertan en la investigación científica de este tema; sobre todo si tal vez en 20 años toda la tecnología va a emigrar a este sistema. Hay que participar y no quedarse fuera”, enfatizó el físico.

Los usuarios finales de los resultados de esta investigación serán las dos empresas que participan como socios del proyecto (CONDUMEX y IUSACELL), las cuales aprovecharán los avances científicos que pudieran ser llevados a una fase más comercial y al desarrollo de patentes.

A partir de esta experiencia FONCICYT, de la que resultaron 55 artículos científicos, el grupo de investigación planea participar en nuevas convocatorias con socios europeos en cuanto se presente una oportunidad.

Más información del proyecto en:

http://www.pcti.gob.mx/es-es/foncicyt/proyectos/Paginas/8-94142-CU%C3%81NTICA-TECNOLOGIAS-COMUNICACION.aspx