El Instituto Leibniz de Tecnología Fotónica de Jena de Alemania, en colaboración con el Instituto Nacional de Investigación Científica de Canadá y otros equipos internacionales, ha desarrollado dos métodos complementarios que hacen posible llevar la comunicación cuántica por fibra óptica de los laboratorios a aplicaciones prácticas. Un método aumenta significativamente la capacidad de información de fotones individuales mediante "codificación de caja de tiempo", mientras que la otra tecnología utiliza el principio de "correlación de suma de frecuencias" para mejorar la estabilidad de señales a larga distancia. Los dos resultados se publicaron respectivamente en Nature Communications y Physical Review Letters.

La comunicación cuántica realiza transmisiones seguras codificando información en estados cuánticos de fotones, y su ventaja principal es que cualquier intento de espionaje destruiría el estado cuántico, permitiendo que el sistema lo detecte. Sin embargo, las tecnologías existentes enfrentan dos cuellos de botella: la baja densidad de información de fotones limita el rendimiento de datos, y el efecto de dispersión en la transmisión por fibra óptica causa distorsión de señales. El esquema de "codificación de caja de tiempo" propuesto por el equipo de investigación expande las dos ventanas de tiempo del sistema tradicional a ocho, utilizando el tiempo exacto de llegada de fotones para llevar información. "Es como un sistema de cajones; ahora podemos abrir múltiples cajones al mismo tiempo para transmitir información", comparó el profesor Mario Kemnitz, responsable del proyecto. En el experimento, un sistema basado en chips fotónicos de nitruro de silicio transmitió exitosamente información cuántica en 60 km de fibra óptica, verificando su compatibilidad con las redes de telecomunicaciones existentes.

Para el problema de transmisión a larga distancia, el equipo adoptó la tecnología de "correlación de suma de frecuencias" para rastrear el tiempo de llegada conjunta de pares de fotones, contrarrestando efectivamente el impacto de la dispersión. Las pruebas de laboratorio muestran que este esquema extiende el rango de cobertura de enlaces cuánticos seguros a un equivalente de 200 km de fibra óptica, mejorando al mismo tiempo la capacidad de resistencia a interferencias de las señales. "La primera investigación resuelve el problema de empaquetado de información, y la segunda asegura la transmisión confiable; ambas se complementan mutuamente", enfatizó Kemnitz. Ambas tecnologías se basan en componentes estándar de telecomunicaciones, proporcionando soluciones viables para escenarios con altos requisitos de seguridad de datos, como hospitales e instituciones gubernamentales.

Actualmente, el equipo de investigación está dedicado a reducir la brecha entre la investigación básica y las aplicaciones prácticas. "Nuestro objetivo es realizar la comunicación cuántica a través de sistemas integrados en la infraestructura de telecomunicaciones existente", dijo Kemnitz. El grupo "Fotónica Inteligente" que lidera está explorando aplicaciones cruzadas de óptica no lineal e inteligencia artificial, lo que podría impulsar el desarrollo en campos como diagnósticos ultrarrápidos y computación óptica eficiente en energía en el futuro.