La USTC logra un avance histórico en repetidores cuánticos para 2026

A principios de 2026, investigadores de la University of Science and Technology of China (USTC) lograron un hito histórico en computación cuántica y comunicación al demostrar un bloque de construcción escalable para repetidores cuánticos. Este avance, publicado en la revista Nature, utilizó memorias cuánticas de iones atrapados de larga duración e interfaces de telecomunicaciones eficientes para establecer entrelazamiento a lo largo de 10 kilómetros de fibra óptica. Al superar la rápida decoherencia de los estados cuánticos remotos, el equipo, liderado por Hao Li, Yi Yang y Ye Wang, ha proporcionado la primera evidencia práctica de que las redes cuánticas a escala metropolitana son física y tecnológicamente viables.

La visión de un Internet Cuántico global depende de la integración fluida de la comunicación cuántica, la metrología cuántica y la computación cuántica distribuida. Tal red promete un cambio de paradigma en la forma en que se procesa y asegura la información, ofreciendo detección de alta resolución y aceleraciones exponenciales en las tareas computacionales. Sin embargo, la base física de esta red requiere la distribución determinista del entrelazamiento —un fenómeno en el que las partículas permanecen conectadas independientemente de la distancia— a través de vastas áreas geográficas. Hasta hace poco, la infraestructura necesaria para mantener estas frágiles conexiones a largas distancias seguía siendo el "eslabón perdido" más significativo de la industria.

¿Cómo resuelven los repetidores cuánticos la pérdida de fotones en la fibra óptica?

Los repetidores cuánticos superan la pérdida de fotones en la fibra óptica dividiendo los enlaces de comunicación largos en segmentos más cortos y utilizando el intercambio de entrelazamiento para conectarlos sin amplificar directamente la señal. Al emplear memorias cuánticas para almacenar información mientras se espera la confirmación exitosa del enlace, estos repetidores evitan la decoherencia que ocurre típicamente durante la transmisión a larga distancia. Este método elude eficazmente el teorema de no clonación, que impide la amplificación de los estados cuánticos de la misma manera que se refuerzan las señales clásicas.

En las telecomunicaciones tradicionales por fibra óptica, la pérdida de señal se gestiona mediante amplificadores que aumentan la intensidad de la luz. En el ámbito de la computación cuántica y la comunicación, sin embargo, no se pueden utilizar amplificadores estándar porque cualquier intento de copiar o amplificar un estado cuántico destruye la información original. Esta pérdida exponencial de fotones en las fibras de vidrio ha limitado históricamente la comunicación cuántica basada en fibra a alcances relativamente cortos. Los repetidores cuánticos abordan esto generando entrelazamiento dentro de segmentos locales y luego "intercambiando" ese entrelazamiento con el siguiente segmento, creando un enlace continuo que puede abarcar cientos o incluso miles de kilómetros sin necesidad de clonar la señal.

¿Qué avances recientes ocurrieron en los repetidores cuánticos en 2026?

El principal avance de 2026 consistió en el desarrollo de memorias de iones atrapados de larga duración y un protocolo de entrelazamiento de fotón único de alta visibilidad para establecer entrelazamiento memoria-memoria a lo largo de 10 km. Esta investigación, de la cual son autores Hao Li y sus colegas, logró tiempos de vida de entrelazamiento que superan el tiempo requerido para su establecimiento, resolviendo el cuello de botella crítico de la rápida decoherencia en las memorias cuánticas remotas. Esto marca una transición de los diseños teóricos de laboratorio a un hardware funcional capaz de soportar redes de computación cuántica a escala metropolitana.

La metodología empleada por el equipo de la USTC involucró varias innovaciones tecnológicas clave. Primero, utilizaron tecnología de iones atrapados, que ofrece tiempos de coherencia significativamente más largos en comparación con otros sistemas de estado sólido. Segundo, desarrollaron una interfaz de telecomunicaciones eficiente que convierte los estados cuánticos internos de los iones en fotones compatibles con la infraestructura de fibra óptica existente. Esto permitió a los investigadores mantener el entrelazamiento memoria-memoria a través de un enlace de fibra de 10 km dentro del tiempo promedio que se tarda en establecer dicho entrelazamiento. Esta sincronización es un requisito previo vital para escalar la red, ya que garantiza que la información cuántica no desaparezca antes de que el siguiente enlace de la cadena esté listo.

¿Cómo permitirán los repetidores cuánticos la QKD independiente del dispositivo?

Los repetidores cuánticos permiten la distribución de claves cuánticas independiente del dispositivo (DI-QKD) al extender la distribución de entrelazamiento de alta fidelidad a distancias que son imposibles para los enlaces de fibra directa. Al validar una tasa de clave secreta positiva a lo largo de 101 kilómetros en el límite asintótico, el equipo de la USTC demostró que los repetidores cuánticos pueden facilitar una comunicación "inhackeable". Esto asegura que la seguridad de la comunicación esté garantizada por las leyes de la física, independientemente de las imperfecciones internas del hardware.

La demostración práctica de DI-QKD a escala metropolitana es quizás la aplicación inmediata más significativa de esta investigación. El equipo logró destilar 1,917 claves secretas a partir de aproximadamente 405,000 pares de Bell a una distancia de 10 km. Antes de esto, la DI-QKD estaba severamente limitada por la distancia; esta nueva investigación extiende el rango alcanzable en más de dos órdenes de magnitud. Para la seguridad de los datos gubernamentales, financieros y personales, esto representa un cambio hacia un futuro donde la criptografía cuántica protege los datos incluso contra los intentos de hackeo clásicos o cuánticos más sofisticados.

Las implicaciones para el campo de la computación cuántica son profundas, ya que estos repetidores sirven como los "bloques de construcción" fundamentales para una arquitectura escalable. Al demostrar que el entrelazamiento puede establecerse y mantenerse el tiempo suficiente para la purificación e intercambio, Hao Li y sus colegas han proporcionado un modelo para redes de múltiples nodos. La capacidad de lograr una tasa de clave positiva a lo largo de 101 km sugiere que nos acercamos al punto en que los nodos cuánticos pueden colocarse a intervalos similares a los centros de internet clásicos actuales, permitiendo una infraestructura híbrida que haga la transición del mundo hacia una comunicación cuánticamente segura.

De cara al futuro, el enfoque de la investigación en computación cuántica se desplazará hacia la integración de estos módulos repetidores en las redes de fibra comerciales existentes. El "siguiente paso" para el equipo de la USTC y la comunidad científica en general implica optimizar el proceso de purificación de entrelazamiento para aumentar aún más la tasa de clave secreta y extender la red para incluir múltiples nodos en una configuración de malla. A medida que estos sistemas pasen de 10 km a 100 km y, eventualmente, a escalas globales, el sueño de un Internet Cuántico seguro e interconectado pasa del reino de la física teórica a la realidad de las telecomunicaciones globales.

• Investigación principal: Un bloque de construcción de repetidores cuánticos para redes cuánticas escalables.
• Autores principales: Hao Li, Yi Yang, Ye Wang (USTC).
• Hito clave: Entrelazamiento por fibra de 10 km con capacidad asintótica de 101 km.
• Tecnología: Memorias cuánticas de iones atrapados y conversión de interfaz de telecomunicaciones.
• Aplicación de seguridad: Avance en la Distribución de Claves Cuánticas Independiente del Dispositivo (DI-QKD).