La comunicación cuántica es la base de la tecnología de la información cuántica. Ofrece ventajas como la absoluta confidencialidad, una gran capacidad de comunicación y una alta velocidad de transmisión. Permite realizar tareas específicas que la comunicación clásica no puede lograr. La comunicación cuántica utiliza un sistema de clave privada, imposible de descifrar, para lograr una verdadera seguridad en la comunicación, lo que la ha convertido en un referente mundial en ciencia y tecnología. La comunicación cuántica emplea el estado cuántico como elemento de información para la transmisión eficaz de datos. Representa una nueva revolución en la historia de la comunicación, tras la telefonía y la comunicación óptica.
Los componentes principales de la comunicación cuántica:
Distribución de clave secreta cuántica:
La distribución de clave secreta cuántica no se utiliza para transmitir contenido confidencial. Su propósito es establecer y comunicar un libro de cifrado, es decir, asignar la clave privada a ambas partes de una 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 reducida a la mitad. Ambos esquemas se basan en uno o más conjuntos de estados cuánticos simples, tanto ortogonales como no ortogonales. Finalmente, en 1991, Ekert del Reino Unido propuso el protocolo E91, basado en el estado de entrelazamiento máximo de dos partículas, denominado 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 derecha en el protocolo BB84. El protocolo BB84 ha demostrado ser un método de distribución crítica seguro, que hasta la fecha no ha sido vulnerado. El principio de incertidumbre cuántica y la no clonación cuántica garantizan su seguridad absoluta. Por lo tanto, el protocolo EPR posee un valor teórico fundamental. Conecta el estado cuántico entrelazado con la comunicación cuántica segura y abre un nuevo camino para dicha comunicación.
teletransportación cuántica:
La teoría de la 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 entrelazado máximo 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 de A. Zeilinger, de Austria, completó la primera verificación experimental del principio de la teletransportación cuántica en laboratorio. En muchas películas, suele aparecer una trama similar: una figura misteriosa desaparece repentinamente de un lugar y aparece de repente en otro. Sin embargo, dado que la teletransportación cuántica viola el principio de no clonación cuántica y la incertidumbre de Heisenberg en mecánica cuántica, no es más que ciencia ficción en el lenguaje clásico.
Sin embargo, el excepcional concepto de entrelazamiento cuántico se introduce en la comunicación cuántica, dividiendo la información del estado cuántico desconocido original en dos partes: información cuántica e información clásica, lo que hace posible este increíble fenómeno. La información cuántica es la información no extraída durante el proceso de medición, mientras que 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 a pasos agigantados hacia su aplicación práctica, lo que le confiere un gran valor de desarrollo y beneficios económicos. En 1997, Pan Jianwei, un joven científico chino, y Bow Meister, un científico neerlandés, experimentaron y lograron la transmisión remota de estados cuánticos desconocidos.
En abril de 2004, Sorensen et al. lograron transmitir datos a 1,45 km entre bancos por primera vez utilizando la distribución de entrelazamiento cuántico, marcando así el paso de la comunicación cuántica del laboratorio a la aplicación práctica. Actualmente, la tecnología de comunicación cuántica ha captado la atención de gobiernos, la industria y el mundo académico. Algunas empresas internacionales de renombre también están desarrollando activamente la comercialización de la información cuántica, como British Telephone and Telegraph Company, Bell, IBM, AT&T Laboratories en Estados Unidos, Toshiba en Japón y Siemens en Alemania, entre otras. Además, en 2008, el proyecto de la Unión Europea para el desarrollo de una red global de comunicaciones seguras basada en criptografía cuántica estableció una red de demostración y verificación de comunicaciones seguras de siete nodos.
En 2010, la revista Time de Estados Unidos informó sobre el éxito del experimento chino de teletransportación cuántica de 16 km en la columna de "noticias explosivas" con el título "Salto de la ciencia cuántica de 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 Investigación de Inteligencia y Comunicación de Japón, Mitsubishi Electric y NEC, ID Quantified de Suiza, Toshiba Europe Limited y la Universidad de Viena, Austria, establecieron la red metropolitana de comunicación cuántica de seis nodos "Red QKD de Tokio" en Tokio. La red se centra en los resultados de investigación más recientes de instituciones y empresas con el nivel más alto de desarrollo en tecnología de comunicación cuántica en Japón y Europa.
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Fecha de publicación: 5 de mayo de 2023