Los físicos acaban de convertir el vidrio en un potente dispositivo de seguridad cuántica
Un chip de vidrio grabado con láser podría ser la clave para lograr una comunicación cuántica rápida
y segura en el mundo real
Un chip de vidrio grabado con láser demuestra el potencial de la plataforma de vidrio para la comunicación cuántica. Crédito: Marco Avesani, Universidad de Padua.
Sciencedaily.com
SPIE - Sociedad Internacional de Óptica y Fotónica/24 de marzo de 2026
Resumen: Científicos han transformado un simple vidrio en un potente dispositivo de comunicación cuántica capaz de proteger los datos contra futuros ataques cuánticos. El chip combina estabilidad, velocidad y versatilidad, gestionando tanto el cifrado ultraseguro como la generación de números aleatorios a una velocidad récord en un sistema compacto.
HISTORIA COMPLETA
A medida que las computadoras cuánticas se vuelven más potentes, muchos métodos de cifrado actuales podrían volverse vulnerables. Una solución prometedora es la criptografía cuántica, que se basa en las leyes de la física en lugar de la complejidad matemática para mantener la seguridad de los datos. Sin embargo, para que la comunicación cuántica sea práctica, se requieren dispositivos pequeños y fiables capaces de leer con precisión las delicadas señales cuánticas transmitidas por la luz.
Investigadores de la Universidad de Padua, el Politécnico de Milán y el Instituto de Fotónica y Nanotecnologías del CNR han demostrado un nuevo enfoque utilizando un material inesperado: el vidrio de borosilicato. En un artículo publicado en Advanced Photonics , su estudio describe un receptor cuántico coherente de alto rendimiento construido directamente dentro del vidrio mediante escritura láser de femtosegundos. Este método ofrece bajas pérdidas ópticas, un rendimiento estable y compatibilidad con los sistemas de fibra óptica existentes, características fundamentales para llevar las tecnologías cuánticas más allá de los experimentos de laboratorio.
¿Por qué el vidrio supera al silicio en los dispositivos cuánticos?
El procesamiento de información cuántica de variables continuas (CV), utilizado en la distribución de claves cuánticas (QKD) y la generación de números aleatorios cuánticos (QRNG), depende de la medición de la amplitud y la fase de las ondas de luz. Para ello, un receptor coherente combina una señal cuántica débil con un haz de referencia más fuerte y analiza cómo interfieren.
La mayoría de los receptores integrados actuales están fabricados con silicio. Si bien el silicio es ampliamente utilizado y permite una alta integración, es sensible a la polarización y tiende a presentar mayores pérdidas ópticas, lo que puede limitar el rendimiento y la fiabilidad en los sistemas cuánticos.
El vidrio ofrece varias ventajas. Es intrínsecamente insensible a la polarización, altamente estable y permite la creación de guías de onda tridimensionales con una mínima pérdida de señal. Mediante el micromecanizado con láser de femtosegundos, los investigadores pueden crear trayectorias de guía de luz directamente en el interior del material, formando circuitos fotónicos compactos sin la complejidad de la fabricación de semiconductores.
Dentro del receptor cuántico escrito con láser
El equipo creó un receptor heterodino totalmente sintonizable, un componente clave para CV-QKD y CV-QRNG, mediante la escritura del circuito óptico directamente dentro del vidrio de borosilicato. El chip incluye:
- Divisores de haz fijos y ajustables
- Desfasadores termoópticos para un control eléctrico preciso.
- Cruces de guías de onda tridimensionales
- Acopladores direccionales independientes de la polarización
Estas características permiten que la señal cuántica y el haz de referencia interactúen de forma controlada, posibilitando la medición simultánea de dos cuadraturas conjugadas. El dispositivo también muestra:
- Pérdida de inserción extremadamente baja (≈1 dB)
- Funcionamiento independiente de la polarización
- Relación de rechazo en modo común superior a 73 dB, lo que indica una fuerte supresión del ruido clásico.
- Rendimiento estable de la relación señal/ruido durante al menos 8 horas.
En general, estos resultados igualan o superan el rendimiento de muchos receptores fotónicos basados en silicio.
Un chip, dos tecnologías cuánticas
Gracias a que el dispositivo combina bajas pérdidas, capacidad de ajuste y estabilidad, puede gestionar múltiples tareas de comunicación cuántica sin necesidad de hardware adicional. Al utilizarse como detector heterodino, permitió un sistema QRNG independiente del dispositivo fuente, lo que garantiza su seguridad incluso si la señal óptica entrante no es fiable. El chip alcanzó una tasa de generación segura de bits aleatorios de 42,7 Gbit/s, estableciendo un récord para este tipo de sistema.
El mismo chip también se utilizó para un protocolo CV-QKD basado en QPSK, donde la información se codifica en una constelación de cuatro estados cuánticos. En un enlace de fibra simulado de 9,3 km, el sistema alcanzó una tasa de clave secreta de 3,2 Mbit/s. Estos resultados demuestran que un front-end fotónico basado en vidrio puede soportar CV-QKD avanzado sin los inconvenientes de las plataformas de silicio.
La fotónica del vidrio avanza hacia su uso en el mundo real.
Además de su excelente rendimiento, el estudio destaca varias ventajas prácticas del uso del vidrio en la fotónica cuántica integrada:
- Estabilidad ambiental: El vidrio es inerte y resistente a los cambios de temperatura y mecánicos.
- Acoplamiento de fibra de baja pérdida: Las guías de onda se ajustan con precisión a los tamaños de fibra óptica estándar para telecomunicaciones.
- Flexibilidad de diseño 3D: Los circuitos pueden incluir cruces y diseños complejos sin pérdida de señal adicional.
- Escalabilidad y rentabilidad: La escritura con láser de femtosegundos permite la creación rápida de prototipos sin necesidad de una costosa fabricación de semiconductores.
Estas cualidades favorecen la fiabilidad y durabilidad a largo plazo, aspectos cruciales para su implementación práctica e incluso su posible uso en sistemas de comunicación cuántica espaciales. Los investigadores señalan que la fotónica basada en vidrio podría contribuir a reducir la brecha entre las configuraciones experimentales y las redes cuánticas prácticas.
Hacia redes de comunicación cuántica escalables
Aprovechando estas ventajas, el equipo demostró dos aplicaciones importantes en un solo chip: un generador de números aleatorios cuasi-replicantes (QRNG) independiente del dispositivo de origen con una tasa de generación segura récord de 42,7 Gbit/s, y un sistema CV-QKD basado en QPSK que logra una tasa de clave segura de 3,2 Mbit/s a través de un enlace de fibra simulado de 9,3 kilómetros.
Más allá de estos resultados, el trabajo señala a la fotónica integrada basada en vidrio como una plataforma duradera y versátil para futuras tecnologías cuánticas. El vidrio es estable, económico y resistente a entornos adversos, lo que lo hace idóneo para su implementación a gran escala. Este enfoque podría facilitar la transición de la comunicación cuántica de entornos de laboratorio controlados a infraestructuras del mundo real, lo que representa un paso importante hacia la construcción de redes cuánticas globales.
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Fuente de la noticia:
Materiales proporcionados por SPIE (Sociedad Internacional de Óptica y Fotónica) . Nota: El contenido puede ser editado para ajustarse al estilo y la extensión.
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Referencia de la revista:
Andrea Peri, Giulio Gualandi, Tommaso Bertapelle, Mattia Sabatini, Giacomo Corrielli, Yoann Piétri, Davide Giacomo Marangon, Giuseppe Vallone, Paolo Villoresi, Roberto Osellame, Marco Avesani. "Receptor heterodino de alto rendimiento para el procesamiento de información cuántica en una plataforma fotónica integrada escrita con láser" . Fotónica avanzada , 2026; 8 (01) DOI: 10.1117/1.AP.8.1.016009
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SPIE (Sociedad Internacional de Óptica y Fotónica). «Físicos acaban de convertir el vidrio en un potente dispositivo de seguridad cuántica». ScienceDaily. ScienceDaily, 24 de marzo de 2026. < www.sciencedaily.com/releases/2026/03/260324024255.htm >
