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Transporte de información cuántica mediante FTTH

En la actualidad, la tecnología de fibra óptica transporta la información en forma de datos clásicos a los hogares y las empresas. Los investigadores están trabajando actualmente en la manera de combinar los datos clásicos con los datos cuánticos  en las redes de fibra óptica con el fin de aumentar la seguridad. En un nuevo estudio, científicos han demostrado cómo los datos cuánticos y clásicos pueden ser entrelazados en un mundo real, en una red de fibra óptica, dando un paso hacia la distribución de la información cuántica a la casa, y con ello a un internet cuántico.

FTTH con información cuántica

Los físicos, Iris Choi, Robert J. Young y Paul D. Townsend, del Instituto Nacional Tyndall en la Universidad de Cork en Cork, Irlanda, han publicado su estudio  en una edición reciente del . Mientras que la viabilidad de la transferencia de qubits en los modernos de fibra hasta el hogar (FTTH) ya había sido demostrada, esta es la primera vez que los investigadores han estudiado cómo la operación podría funcionar en una red en el mundo real.

«Creo que nuestro trabajo constituye  el primer intento realmente puro y duro, de abordar la cuestión de si la distribución de clave cuántica (QKD) puede trabajar en una fibra óptica de la red hasta el hogar (FTTH)», dijo Townsend. «El nuevo esquema que hemos desarrollado y probado demuestra que la respuesta es sí se puede. Digo pragmático y duro, porque hemos tenido un sistema ampliamente utilizado FTTH clásico y se ha adaptado para funcionar con QKD, dejando el diseño de la parte clásica del sistema esencialmente sin cambios. El enfoque alternativo, que a veces se toma en la investigación QKD, es dejar de lado el sistema clásico para adaptarse a trabajar con el QKD. En nuestra opinión esto no es muy práctica por razones de costo. »

El mayor desafío en la transferencia de qubits en redes del mundo real es la superación de la diafonía entre los canales clásicos y cuánticos. La interferencia está inducida por la dispersión Raman espontánea de fotones en la fibra óptica. Ya que los canales clásicos implican fuertes impulsos de láser, mientras que la información cuántica es transportada por fotones individuales, la interferencia afecta principalmente al canal cuántico, por lo que la tasa de error es tan elevada que el canal cuántico no puede operar.

La investigación ha demostrado que el nivel de ruido Raman se puede reducir mediante el filtrado  óptico, aunque esta técnica es demasiado cara para el uso práctico. Así Choi, Young, y Townsend han desarrollado y demostrado un nuevo esquema de supresión de ruido que implica la creación de lagunas en la dispersión, y el envío de los datos cuánticos en estos espacios.

En primer lugar, los investigadores optaron por una configuración que utiliza dos longitudes de onda diferentes para la transmisión de los canales cuánticos y clásicos. En esta configuración, sólo la luz Raman dispersa en el canal de subida (que va de la casa de un usuario) puede generar interferencias en ese usuario. Luego, los investigadores identificaron periodos de calma entre las ráfagas de ruido generadas por la dispersión Raman en el canal de subida. Utilizando un esquema de multiplexión de tiempo y longitud de onda, los investigadores demostraron que los datos cuánticos generados por un esquema de distribución de clave cuántica (QKD)  pueden ser transmitidso durante estos períodos de calma con alta fidelidad.

Mientras que la construcción de una red puramente cuántica podría evitar el problema de la interferencia total, los investigadores explican que la combinación de canales cuánticos con canales clásicos es con diferencia la opción más práctica.

La infraestructura de redes fibra óptica es enormemente costosa de implementar, por lo que debe durar mucho tiempo – tal vez 25 años o más – y ser capaz de soportar una amplia gama de sistemas y servicios actuales y futuros, aún por definir. Por lo tanto, es extremadamente improbable que un operador cada vez despliegue una red, o incluso  fibras dentro de una red existente, exclusivamente para la comunicación cuántica – que es demasiado caro hacerlo. Por lo tanto,  hay que desarrollar técnicas que permitan a los canales clásicos y cuánticos trabajar juntos en la misma red, si queremos que los sistemas de comunicación cuántica se conviertan en una realidad práctica.

Al demostrar que tanto la información cuántica y clásica puede transmitirse en una única red de fibra óptica de una manera que satisface necesidades del mundo real, los investigadores esperan llevar la tecnología de la información cuántica a un paso de las aplicaciones comerciales.

«Como hemos demostrado, en principio, la tecnología para hacer esto está disponible ahora,» afirmó  Townsend. «Sin embargo, en realidad un estudio adicional es probable que sea necesario para reducir el costo y mejorar el rendimiento de algunas piezas clave del sistema, tales como los detectores de fotones individuales, antes de difundirse amplias aplicaciones. En general, la «proposición de valor» para QKD en redes FTTH y otros se encuentra bajo intenso debate, pero por el momento no hay un consenso claro  acerca de si y cuándo podría ser aprobada en lugar de las técnicas clásicas de cifrado. Sin embargo, como lo demuestra esta investigación, el campo de QKD no se queda quieto y los sistemas están en constante evolución para ser más prácticos, y  la mejora de las posibilidades de adopción de la tecnología en el futuro. »

Más información: Iris Choi, et al. «Quantum de información para el hogar.» New Journal of Physics 13 (2011) 063039 DOI: 10.1088/1367-2630/13/6/063039

Imagen: Physorg

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