Internet y física cuántica por un solo cable: físicos hicieron pasar fotones entrelazados junto al tráfico habitua

Un cable de fibra óptica por primera vez transmitió simultáneamente tráfico de internet convencional y entrelazamiento cuántico entre nodos remotos. Los especialistas de la Northwestern University realizaron el experimento en una línea operativa de 24,4 km entre Evanston y Chicago, sin desconectar el potente sistema de comunicación clásico.

Por la fibra se transmitieron simultáneamente fotones entrelazados, dos canales convencionales con una velocidad combinada de 1,6 Tbit/s y una señal de sincronización precisa. El resto de la banda disponible se ocupó con radiación óptica, como es habitual en los sistemas troncales modernos. Esa carga imitó el funcionamiento de una línea comercial completamente ocupada, y no una instalación de laboratorio simplificada.

La principal dificultad fue que las señales clásicas brillantes generan en la fibra ruido de fondo capaz de enmascarar fotones individuales. Los autores separaron los flujos por longitudes de onda. Los datos convencionales se transmitieron en el rango de aproximadamente 1530–1570 nm, y la señal cuántica se ubicó en la longitud de onda de 1290 nm, donde las interferencias resultaron notablemente menores. Filtros espectrales estrechos y una ventana temporal de 300 picosegundos descartaron además fotones ajenos.

Tras recorrer la línea, la visibilidad de la interferencia cuántica en todos los modos comprobados se mantuvo por encima del 94,8 %. La fidelidad con la que el estado transmitido coincidía con el estado de referencia de Bell alcanzó el 94,2 % y no cambió cuando se activó el tráfico convencional. El estado en la fibra cargada coincidió con el resultado en la línea libre en un 98,8 %, lo que demuestra que la comunicación convencional afectó al resultado mínimamente.

Para coordinar las mediciones en ambas ciudades, los especialistas emplearon el sistema de sincronización óptica White Rabbit. La desviación temporal entre los aparatos fue de solo unos pocos picosegundos, por lo que los detectores pudieron correlacionar con precisión los fotones registrados en los extremos distintos de la línea.

Aunque en el experimento se transmitieron 1,6 Tbit/s de datos convencionales, el equipo soporta hasta 36,8 Tbit/s sin aumentar la potencia total de la señal. Según calcularon los autores, si la ocupación del fondo se reemplaza por canales reales que transportan datos, esto no debería empeorar la comunicación cuántica, puesto que el nivel de interferencia depende ante todo de la potencia y de las longitudes de onda elegidas, y no de la velocidad a la que se transmiten los datos.

Los autores describen el trabajo como el primer experimento en el que el entrelazamiento cuántico se distribuyó entre nodos físicamente separados a través de fibra operativa junto con tráfico independiente de banda ancha. El experimento está por ahora limitado a una distancia de 24,4 km y a varias horas de funcionamiento, durante las cuales la señal no se corrigió automáticamente. El siguiente paso serán líneas de 50–100 km y sistemas capaces de compensar de forma continua los cambios de polarización y las demoras de los fotones.