“La importancia de este trabajo es que hemos extendido la distancia de entrelazamiento de memorias a escalas de una ciudad, lo que nos permitirá construir redes de memorias cuánticas en un futuro cercano”, explica uno de los autores, Xiao-Hui Bao.

Nubes de cien millones de átomos: Las memorias están constituidas por nubes de cien millones de átomos de rubidio enfriados con láser. Para lograr su conexión, primero cada una de ellas fue entrelazada con un fotón mediante un efecto cuántico llamado 'mejora de la cavidad', que reduce la perdida de acoplamiento de los fotones durante la transmisión.

Esquema del entrelazamiento de dos memorias cuánticas (nodos A y B, con átomos de rubidio dentro de una ‘cavidad’) unidas por fibras a una estación intermedia de medición de fotones. / Xiao-Hui Bao, Jian-Wei Pan et al. /Nature

“La mejora de la cavidad es una técnica para aumentar la interacción entre el fotón y la memoria cuántica, lo que nos permite extraer fotones individuales y detectar estados atómicos de forma eficiente”, afirma Bao.

Después, los fotones viajan por la fibra y, cuando se registran con la denominada medición de Bell, las memorias quedan entrelazadas.

De esta forma los investigadores entrelazaron las dos memorias cuánticas que, aunque físicamente estaban a poco más de medio metro de distancia en el laboratorio, los fotones sí viajaron por un cable de fibra óptica de 50 kilómetros enrollado. También repitieron con éxito el experimento a través de un cable similar bajo tierra en una ciudad, pero esta vez de 22 kilómetros.

El entrelazamiento entre los átomos y los fotones lo convirtieron a una frecuencia adecuada para las telecomunicaciones. El objetivo final es crear un repetidor cuántico que pueda recibir y transmitir información a grandes distancias, algo esencial para el futuro internet cuántico.

“Este internet cuántico con procesadores remotos conectados permitirá muchas aplicaciones, como la computación cuántica distribuida (en red), pero conseguirlo depende del entrelazamiento de memorias cuánticas alejadas”, apuntan los autores.

Según los investigadores, estos resultados demuestran que, en comparación con lo que aportan los fotones de forma individual, el entrelazamiento átomo-fotón sobre una serie de nodos puede ser más adecuado para la transmisión a larga distancia del entrelazamiento cuántico, que en un futuro próximo podríamos tener en nuestras ciudades.