Los investigadores utilizaron técnicas innovadoras y superaron limitaciones anteriores para crear un nuevo récord de velocidad de 7,1 qubits por segundo, lo que impulsó el desarrollo de la tecnología de transmisión cuántica a larga distancia y marcó un paso fundamental hacia una Internet cuántica eficiente y de gran alcance.

La teletransportación cuántica utiliza entrelazamiento cuántico y comunicación clásica para transmitir información cuántica a lugares distantes. Este concepto se ha implementado en una variedad de sistemas de luz cuántica, desde experimentos de laboratorio hasta pruebas prácticas del mundo real. Vale la pena señalar que, utilizando el satélite Micius en órbita terrestre baja, los científicos han logrado transmitir información cuántica a una distancia de más de 1.200 kilómetros. Sin embargo, actualmente no existe ningún sistema de transmisión cuántica con velocidades de transmisión del orden de Hertz. Esto dificulta futuras aplicaciones de Internet cuántica.

En un artículo publicado en "Light Science & Application", un equipo de científicos dirigido por el profesor Guo Guangcan y el profesor Zhou Qiang de la Universidad de Ciencia y Tecnología Electrónica de China colaboraron con el profesor You Lixing del Instituto de Microsistemas y Tecnología de la Información de Shanghai de la Academia de Ciencias de China. Basándose en "UESTC First City Quantum Internet", aumentaron la velocidad de teletransportación a 7,1 qubits por segundo por primera vez. Esto estableció un nuevo récord para un sistema de teletransportación cuántica dentro de un área urbana.

a, Vista aérea del sistema transportador. Alice 'A' está ubicada en la sala de conmutación de redes, Bob 'B' y Charlie 'C' están ubicados en dos laboratorios diferentes. Todas las fibras ópticas que conectan los tres nodos pertenecen a la red troncal de UESTC. Durante el experimento, sólo las señales creadas por Alice, Bob y Charlie se transmitieron a través de estas fibras "oscuras". Alice prepara el estado inicial con una fuente de fotón único débilmente coherente y se lo envía a Charlie a través del canal cuántico. La fuente entrelazada de Bob genera un par de fotones entrelazados, que luego envía el fotón perezoso a Charlie a través de otro canal cuántico. Charlie realiza una medición conjunta del estado de Bell (BSM) en los qubits enviados por Alice y Bob, proyectándolos en uno de los cuatro estados de Bell. Luego, el resultado de BSM se envía a Bob a través del canal clásico y Bob realiza una transformación de unidad (U) en el fotón de señal para restaurar el estado inicial.

"Demostrar la teletransportación cuántica de alta velocidad fuera del laboratorio implica una serie de desafíos. Este experimento muestra cómo superar estos desafíos, estableciendo así un hito importante para la futura Internet cuántica", dijo el profesor Zhou Qiang, autor correspondiente de este trabajo. Un importante desafío experimental para los sistemas de teletransportación cuántica del mundo real es realizar mediciones del estado de Bell (BSM).

Para garantizar el éxito de la teletransportación cuántica y mejorar la eficiencia de la Medición del Estado de Bell (BSM), los fotones de Alice y Bob deben ser indistinguibles en Charlie después de ser transmitidos a largas distancias en fibras ópticas. El equipo de investigación desarrolló un sistema de retroalimentación completamente operativo que permitió una rápida estabilización de las diferencias en la longitud del camino de los fotones y la polarización.

El equipo, por otro lado, utilizó una guía de ondas de niobato de litio periódicamente polarizada al final de una única fibra óptica para generar pares de fotones entrelazados. Sobre esta base, desarrollaron una fuente de luz cuántica entrelazada de alta calidad con una tasa de repetición de 500 MHz para sistemas de transmisión de larga distancia.

La barra roja es la fidelidad medida mediante QST. La barra azul es la fidelidad obtenida mediante DSM. La fidelidad de ambos métodos supera el límite clásico de 2/3, la línea discontinua gris.

Esta teletransportación cuántica de alta velocidad basada en óptica cuántica requiere sensores de fotones más sensibles para recopilar tantos eventos como sea posible. El equipo dirigido por el profesor You Lixing, junto con colegas de Photon Technology Co., Ltd., proporcionaron detectores de fotón único de nanocables superconductores de alto rendimiento para este experimento. Debido a que el detector es extremadamente eficiente y prácticamente libre de ruido, se logra un análisis de estado cuántico y BSM de alta eficiencia.

El equipo de investigación utilizó dos métodos, la tomografía de estado cuántico y el estado señuelo, para calcular la fidelidad de la transmisión remota, que es mucho más alta que el límite clásico (66,7%), lo que confirma que se ha logrado la transmisión remota cuántica urbana de alta velocidad.

En el futuro, se espera que la "Internet Cuántica de la Metrópoli No. 1 de la Universidad de Ciencia Electrónica de China" combine fuentes de luz cuánticas integradas, repetidores cuánticos y nodos de información cuántica para desarrollar una infraestructura de Internet cuántica de "alta velocidad, alta fidelidad, multiusuario y larga distancia". El equipo también predice que esta infraestructura promoverá aún más la aplicación práctica de Internet cuántica.