Transforman vidrio en un dispositivo de seguridad cuántica revolucionario

El avance en el campo de la comunicación cuántica ha dado un paso significativo con la creación de un chip de vidrio que podría transformar la forma en que se asegura la información. Investigadores de la Universidad de Padua, el Politécnico de Milán y el Instituto CNR de Fotónica y Nanotecnologías han diseñado un dispositivo que combina estabilidad, velocidad y versatilidad, permitiendo tanto la encriptación ultra-segura como la generación de números aleatorios a velocidades récord.

El estudio, publicado en la revista Advanced Photonics, destacó que este chip de vidrio borosilicatado utiliza un método innovador de escritura láser a femtosegundos. Esta técnica no solo asegura un bajo nivel de pérdida óptica, sino que también garantiza un rendimiento estable y la compatibilidad con sistemas de fibra óptica existentes, lo que es crucial para llevar la tecnología cuántica más allá de los laboratorios.

La ventaja del vidrio sobre el silicio radica en su naturaleza insensible a la polarización y su capacidad para permitir la creación de guías de onda en tres dimensiones con pérdidas mínimas. En comparación, los dispositivos integrados actuales, que generalmente utilizan silicio, son más susceptibles a la polarización y tienden a presentar mayores pérdidas ópticas, lo que limita su rendimiento en sistemas cuánticos.

El equipo desarrolló un receptor heterodino completamente ajustable, esencial para la distribución de claves cuánticas (QKD) y la generación de números aleatorios cuánticos (QRNG). Este chip incluye componentes como divisores de haz fijos y ajustables, y acopladores direccionales independientes de la polarización, lo que permite una interacción controlada entre la señal cuántica y el haz de referencia.

Entre las características destacadas del dispositivo se encuentran:

Pérdida de inserción extremadamente baja (aproximadamente 1 dB).

Operación independiente de la polarización.

Una relación de rechazo de modo común superior a 73 dB, lo que indica una fuerte supresión del ruido clásico.

Rendimiento estable de señal a ruido durante al menos 8 horas.

Estos resultados superan el rendimiento de muchos receptores fotónicos basados en silicio.

El chip no solo es eficiente, sino que también es capaz de manejar múltiples tareas de comunicación cuántica sin necesidad de hardware adicional. Al funcionar como un detector heterodino, logró una tasa de generación de bits aleatorios segura de 42.7 Gbit/s, estableciendo un récord para este tipo de sistema. Además, se utilizó en un protocolo QKD basado en QPSK, logrando una tasa de clave secreta de 3.2 Mbit/s en un enlace de fibra simulado de 9.3 km.

Beneficios prácticos del uso de vidrio incluyen su estabilidad ambiental, bajo acoplamiento de fibra y flexibilidad de diseño en 3D, lo que permite circuitos más complejos sin pérdida de señal. Estas cualidades son cruciales para la fiabilidad a largo plazo y la durabilidad, necesarias para el despliegue en el mundo real, e incluso para su uso potencial en sistemas de comunicación cuántica basados en el espacio.

La investigación sugiere que la fotónica basada en vidrio podría ayudar a cerrar la brecha entre los experimentos controlados y las redes cuánticas prácticas, marcando un avance importante hacia la construcción de redes cuánticas globales.

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