La comunicación cuántica es un componente fundamental de la tecnología de la información cuántica. Ofrece las ventajas de un secreto absoluto, una gran capacidad de comunicación y una rápida velocidad de transmisión, entre otras. Permite realizar tareas específicas que la comunicación clásica no puede lograr. Utiliza el sistema de clave privada, indescifrable, para lograr una comunicación verdaderamente segura, lo que la ha convertido en la vanguardia de la ciencia y la tecnología a nivel mundial. La comunicación cuántica utiliza el estado cuántico como elemento de información para lograr una transmisión eficaz de información. Representa otra revolución en la historia de la comunicación, después de la telefonía y la comunicación óptica.
Los principales componentes de la comunicación cuántica:
Distribución de claves secretas cuánticas:
La distribución de claves secretas cuánticas no se utiliza para transmitir contenido confidencial. Sin embargo, su propósito es establecer y comunicar un libro de cifrado, es decir, asignar la clave privada a ambas partes de la comunicación personal, lo que se conoce comúnmente como comunicación criptográfica cuántica.
En 1984, Bennett, de Estados Unidos, y Brassart, de Canadá, propusieron el protocolo BB84, que utiliza bits cuánticos como portadores de información para codificar estados cuánticos mediante las características de polarización de la luz, lo que permite la generación y distribución segura de claves secretas. En 1992, Bennett propuso el protocolo B92 basado en dos estados cuánticos no ortogonales con flujo simple y eficiencia media. Ambos esquemas se basan en uno o más conjuntos de estados cuánticos individuales, ortogonales y no ortogonales. Finalmente, en 1991, Ekert, del Reino Unido, propuso el protocolo E91 basado en el estado de máximo entrelazamiento de dos partículas, concretamente el par EPR.
En 1998, se propuso otro esquema de comunicación cuántica de seis estados para la selección de polarización en tres bases conjugadas, compuestas por cuatro estados de polarización y rotación izquierda y propia, en el protocolo BB84. El protocolo BB84 ha demostrado ser un método seguro de distribución crítica, que hasta la fecha no ha sido violado. El principio de incertidumbre cuántica y la no clonación cuántica garantizan su absoluta seguridad. Por lo tanto, el protocolo EPR posee un valor teórico esencial. Conecta el estado cuántico entrelazado con la comunicación cuántica segura y abre un nuevo camino para la comunicación cuántica segura.
teletransportación cuántica:
La teoría de teletransportación cuántica propuesta por Bennett y otros científicos en seis países en 1993 es un modo de transmisión cuántica pura que utiliza el canal del estado máximo entrelazado de dos partículas para transmitir un estado cuántico desconocido, y la tasa de éxito de la teletransportación alcanzará el 100% [2].
En 1999, el grupo Zeilinger de Austria completó la primera verificación experimental del principio de teletransportación cuántica en el laboratorio. En muchas películas, esta trama suele aparecer: una figura misteriosa desaparece repentinamente en un lugar y aparece repentinamente en el mismo. Sin embargo, dado que la teletransportación cuántica viola el principio de no clonación cuántica y la incertidumbre de Heisenberg en la mecánica cuántica, es simplemente una especie de ciencia ficción en la comunicación clásica.
Sin embargo, el concepto excepcional del entrelazamiento cuántico se introduce en la comunicación cuántica, que divide la información del estado cuántico original en dos partes: información cuántica e información clásica, lo que permite este increíble milagro. La información cuántica es la información que no se extrae en el proceso de medición, y la información clásica es la medición original.
Avances en la comunicación cuántica:
Desde 1994, la comunicación cuántica ha entrado gradualmente en la fase experimental y avanza con paso firme hacia la práctica, lo que ofrece un excelente valor de desarrollo y beneficios económicos. En 1997, Pan Jianwei, un joven científico chino, y Bow Meister, un científico holandés, experimentaron y lograron la transmisión remota de estados cuánticos desconocidos.
En abril de 2004, Sorensen et al. lograron por primera vez una transmisión de datos de 1,45 km entre bancos mediante la distribución de entrelazamiento cuántico, lo que marcó el paso de la comunicación cuántica del laboratorio a la fase de aplicación. Actualmente, la tecnología de la comunicación cuántica ha atraído la atención de gobiernos, la industria y el mundo académico. Algunas empresas internacionales de renombre también están desarrollando activamente la comercialización de información cuántica, como British Telephone and Telegraph Company, Bell, IBM, AT&T Laboratory en Estados Unidos, Toshiba en Japón y Siemens en Alemania. Además, en 2008, el proyecto de desarrollo de una red global de comunicación segura basada en criptografía cuántica de la Unión Europea estableció una red de demostración y verificación de comunicación segura de 7 nodos.
En 2010, la revista Time de Estados Unidos informó sobre el éxito del experimento chino de teletransportación cuántica de 16 km en una columna de noticias impactantes titulada "Un gran salto en la ciencia cuántica china", lo que indica que China puede establecer una red de comunicación cuántica entre la Tierra y el satélite [3]. En 2010, el Instituto Nacional de Inteligencia e Investigación de la Comunicación de Japón, Mitsubishi Electric y NEC, ID Quantified de Suiza, Toshiba Europe Limited y All Vienna de Austria establecieron en Tokio la red metropolitana de comunicación cuántica de seis nodos "Tokyo QKD Network". Esta red se centra en los últimos resultados de investigación de instituciones y empresas con el mayor nivel de desarrollo en tecnología de comunicación cuántica en Japón y Europa.
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Fecha de publicación: 05-05-2023