Una red funcional con codos y fotones que cambia las reglas del juego.

Nadie necesita explicar cuán dependientes somos de Internet. Lo usamos para enviar mensajes, realizar videollamadas, consultar información confidencial e incluso administrar transacciones financieras. Pero, ¿Qué pasaría si alguien pudiera interceptar esa información sin que lo notemos? Hoy, ese riesgo existe. Sin embargo, un grupo de investigadores ha demostrado una forma radicalmente nueva de transmisión de datos: un paso real hacia el “Internet cuántico” llamado, una red en la que la información no solo viaja a la velocidad de la luz, sino que es físicamente imposible de clonar o espiar sin dejar una marca.

Este avance está respaldado por un artículo publicado en Óptico tanto En abril de 2025, firmado por investigadores del Instituto de Tecnología de Rochester, la Universidad de Rochester y otras instituciones. En él, hay un sistema híbrido que combina cristales no lineales y circuitos fotónicos integrados para generar y manipular pares de fotones entrelazados. Esta tecnología no solo resuelve algunos de los principales cuellos de botella de las redes cuánticas actuales, sino también Funciona con materiales compatibles con redes de fibra óptica que ya existen en todo el mundo.

Una red cuántica que ya funciona

A diferencia de muchas propuestas teóricas o ensambles de laboratorio, el experimento presentado en el documento se basa en componentes reales y miniaturizados y listo para la integración. El sistema utiliza un cristal llamado PPKTP – fosfato de titanilo potasio polarizado periódicamente – para generar pares de fotones con longitudes de onda muy diferentes: una en el rango visible (656 nm) y otro en el rango de telecomunicaciones (1536 nm).

Estos fotones están entrelazados, lo que significa que Comparten una relación cuántica que los hace inseparables en términos de información. Este enredo es clave para permitir la información de manera segura. Al detectar el fotón visible, se puede garantizar que su socio, el fotón en la banda de telecomunicaciones, existe y puede usarse para transmitir datos codificados.

Pero el verdadero punto fuerte del proyecto no es solo la generación de fotones, sino su manipulación y detección dentro de un Chip fotónico integrado. Según los autores, “Demostramos una plataforma que permite que los nodos cuánticos remotos se comuniquen de manera segura a través de redes de fibra óptica“.

Cuerpos ligeros para redes imposibles de piratear

En Internet convencional, los datos se transmiten por pulsos eléctricos o de luz que representan bits: ceros y algunos. En una red cuántica, los protagonistas son los codos (bits cuánticos), que pueden estar en una superposición de estados. Esto permite nuevas formas de codificar y procesar información. Los fotones son candidatos ideales para funcionar como codos “voladores”, ya que viajan rápido, interactúan poco con el medio ambiente y pueden enviarse a través de las fibras ópticas que ya existen.

La propuesta de estos investigadores se centra en generar pares de fotones donde uno de ellos actúa como “Herdodo”: si se detecta, garantiza que su pareja esté disponible para transmitir información. Este sistema de fotones anunciados Permite la comunicación con una confiabilidad mucho mayor. Y el más innovador: Todo sucede en un dispositivo compacto, que combina el vidrio PPKTP con un circuito fotónico integradoSin la necesidad de los enormes y costosos detectores de superconductores que generalmente se usan para capturar fotones individuales.

Un paso hacia redes cuánticas desplegables

Uno de los mayores desafíos para construir redes cuánticas reales es la complejidad de sus componentes. Hasta ahora, muchos montajes requerían laboratorios especializados, ópticas alineadas con precisión milimétrica y detectores refrigerados a temperaturas criogénicas. Este proyecto rompe esa barrera al presentar una plataforma miniaturizada, estable y de embalaje fácilmente.

La clave está en la combinación de vidrio no lineal con el chip. Como explica el documento, “los circuitos fotónicos integrados ofrecen una plataforma compacta y estable en fase para el enrutamiento y la manipulación de fotones de bajas pérdidas”. Esto significa que la red se puede fabricar a gran escala, algo esencial para su implementación real.

Además, el chip integra elementos como los interferómetros Mach-Zehnder que permiten modular el estado del fotón. Esto abre la puerta no solo a la transmisión, sino también al procesamiento cuántico de la información. Se podría usar una red de este tipo para conectar computadoras cuánticas distribuidasSensores remotos o sistemas de cifrado irrompibles.

Resultados medidos, no simulados

El artículo no se limita a proponer una arquitectura: muestra que funciona. Los investigadores midieron las tasas de coincidencia entre los fotones, las pérdidas de inserción en los diferentes componentes del sistema y las tasas de detección en diferentes configuraciones. El sistema alcanzó un índice de generación de pares de fotones de hasta 67 millones por segundo y una relación señal/ruido adecuada para aplicaciones prácticas.

Una innovación notable es el uso de silicio en el chip como filtro de ruido. El material en sí actúa como un supresor de luz de bombeo que podría interferir con las señales útiles, eliminando la necesidad de filtros externos. Según el estudio, “Las guías de onda de silicio pueden proporcionar una supresión de bombeo superior a los filtros externos, mejorando la tasa de coincidencias“.

También se evaluó la posibilidad de reemplazar detectores criogénicos con diodos de avalancha, que funcionan a temperatura ambiente. Esto permite que los nodos de la red cuántica se implementen en condiciones normales, fuera del laboratorio, y continúen trabajando de manera confiable.

Probado en una red real

El equipo no se conformó con probar su sistema en un entorno controlado. En uno de los experimentos más llamativos, conectaron su dispositivo a una red de fibra de fibra óptica de longitud real, la llamada Rochester Quantum Network (ROQNET)Eso vincula el Instituto de Tecnología de Rochester con la Universidad de Rochester. La señal fue modulada, enviada y recibida correctamente, lo que demuestra que el sistema es compatible con la infraestructura existente.

A pesar de las pérdidas inevitables en el canal (más de 23 dB), la detección de coincidencias fue posible. Este es un paso crucial para futuras redes cuánticas a gran escala. Como resumen, los autores indican que “Este enfoque ofrece estabilidad de fase y un tamaño de dispositivo mucho más bajo en comparación con el espacio libre tradicional o los sistemas de fibra“.

La tarea pendiente

Aunque los resultados son prometedores, los investigadores reconocen las limitaciones. El sistema aún sufre de ciertas pérdidas de acoplamiento, especialmente cuando se transfieren fotones del vidrio al chip. También se detectó una ligera fluorescencia no deseada en algunos componentes, lo que podría reducirse en futuras versiones utilizando materiales de ruido óptico más bajos.

Además, aunque se logró una eficiencia de la generación de pares de fotones cercanos al máximo teórico (67 MHz/MW en comparación con el planeado de 80 MHz/MW), la eficiencia final del sistema completo, desde la generación hasta la detección, aún se puede optimizar. Según los autores, “La eficiencia de un heraldo estimado en Chip fue de 5.49 ± 1.63 %“.

El diseño del chip se realizó con una plataforma multipropósito no optimizada. En versiones futuras, se espera que esta parte mejore, reduciendo las pérdidas y aumentando la eficiencia general del sistema.

Hacia una red cuántica global

Este trabajo no es un simple experimento de laboratorio: representa un paso firme hacia la implementación de redes cuánticas reales, seguras y escalables. La integración de fuentes de fotones, manipulación de chips y detección eficiente allana el camino hacia el Internet cuántico del futuro. Un Internet en el que cada mensaje estará protegido por las leyes fundamentales de la física y no por algoritmos que, tarde o temprano, pueden ser violados.

Las aplicaciones son enormes: de Comunicaciones militares segurashasta Criptografía bancaria invulnerablepasar Redes de sensores cuánticos de alta precisión. Este avance hace que la comunidad científica sea un paso más cerca de una nueva era de conectividad. Y, sobre todo, muestra que la ciencia ficción puede convertirse en una red funcional hecha de codos, fotones y chips de silicio.