La luz cuántica y la relatividad verifican la posición de un dispositivo

Dos estaciones separadas por unos 2 kilómetros envían señales a un dispositivo situado entre ellas. Este debe medir la luz recibida y responder con rapidez. Con este montaje, investigadores en China verificaron la posición del dispositivo dentro de una región de 74,3 metros. La prueba combina la física cuántica, que impone límites a la copia de información, con la relatividad, según la cual ninguna señal puede superar la velocidad de la luz en el vacío.

El trabajo de Guan-Jie Fan-Yuan, Yang-Guang Shan, Cong Zhang y sus colaboradores se publicó el 3 de septiembre de 2026 en Nature Physics. El equipo reúne a investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China y de la Universidad de Tecnología de Guangdong. La pregunta es concreta: ¿cómo confirmar que un dispositivo está donde afirma estar, incluso cuando alguien intenta responder en su nombre desde otro lugar?

En el experimento, el dispositivo se encuentra aproximadamente a 980 metros de cada estación. En cada ronda, cada una envía 20 bits, unidades de información que pueden tomar los valores cero o uno. Una de las estaciones también transmite un pulso láser muy débil, cuya polarización —la orientación de la oscilación de la luz— transporta la información cuántica.

El dispositivo reúne los dos mensajes ordinarios para formar una entrada de 40 bits. Una regla acordada previamente transforma esa entrada en una elección de cómo medir la polarización. Esa elección es la base de medida: la configuración del analizador que permite interpretar correctamente la señal luminosa. Tras la medición, el resultado se devuelve inmediatamente a ambas estaciones.

Las estaciones comprueban tanto la respuesta como el momento en que llega. La respuesta indica si la luz se midió de la manera esperada; el tiempo restringe los lugares de los que podría proceder. Un retraso mayor permite una región más amplia de posiciones posibles, porque las señales disponen de más tiempo para viajar.

Los mensajes ordinarios pueden copiarse y retransmitirse entre cómplices, lo que permite engañar a verificaciones basadas únicamente en este tipo de información cuando no existen otras garantías. La parte cuántica cambia el problema: no existe una operación capaz de copiar perfectamente cualquier estado cuántico desconocido. Además, medir la luz sin conocer la base correcta puede comprometer la respuesta. La dificultad para el impostor consiste en producir respuestas aceptables sin exceder el plazo.

Un avance práctico fue utilizar luz láser atenuada, es decir, de intensidad muy reducida, en lugar de exigir una fuente ideal que emita siempre un único fotón, la unidad de energía luminosa. Algunos pulsos no contienen fotones; otros contienen uno o varios. Los investigadores incorporaron esa distribución al análisis de seguridad y consideraron el peor caso para los pulsos con varios fotones, que pueden favorecer la interceptación.

La verificación también contabiliza respuestas incorrectas y rondas sin respuesta, debidas, por ejemplo, a pérdidas de luz. Cada tipo de suceso recibe un peso en el cálculo de una puntuación. El dispositivo solo se acepta si supera el límite calculado para un adversario en las condiciones del modelo. La prueba exige, por tanto, un conjunto de resultados compatible con el funcionamiento esperado, y no un único acierto.

Para reducir los retrasos, el equipo transmitió los bits simultáneamente en diferentes longitudes de onda —las distancias entre repeticiones de la oscilación luminosa—, utilizadas como canales separados. Empleó también fibras ópticas de núcleo hueco: estructuras que guían la luz principalmente por el aire, acercando su velocidad de propagación a la del vacío. En el dispositivo central, un circuito consulta una tabla previamente cargada en la memoria para elegir la medición, evitando calcular toda la regla durante la respuesta.

Se realizaron cinco ensayos, cada uno con 10 millones de rondas. Los cinco, con el dispositivo siguiendo el procedimiento previsto, superaron el límite de puntuación exigido. El sistema operó a 2 millones de rondas por segundo, de modo que cada ensayo reunió sus datos en pocos segundos. Esta repetición aporta evidencia estadística sobre el funcionamiento del montaje; no equivale a cinco reproducciones por equipos independientes.

El mayor retraso adicional fue de 247,8 nanosegundos: cada nanosegundo corresponde a una milmillonésima de segundo. Se trata del tiempo excedente respecto al viaje ideal de las señales a la velocidad de la luz, no del tiempo total de ida y vuelta. Ese exceso corresponde a la región de verificación de 74,3 metros: la extensión de posiciones todavía compatibles con los tiempos medidos, no una ubicación exacta dentro de ella.

El resultado demuestra que la presencia de un dispositivo puede someterse a una prueba física que combina medición cuántica y tiempo de propagación. Esto abre una posibilidad para sistemas que solo autoricen una operación cuando el dispositivo esté en una zona permitida. El experimento establece la viabilidad de esa verificación en las condiciones estudiadas; su rendimiento y su seguridad fuera de este montaje aún deben demostrarse.