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Ciencia y Tecnología

Estamos en camino hacia la red cuántica

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Por Troy Oakes

Físicos de la Universidad Ludwig Maximilian de Munich (LMU), junto con colegas de la Universidad de Saarland, han demostrado con éxito el transporte enredado entre un átomo y un fotón, a través de una fibra óptica a una distancia de hasta 20 km, estableciendo así un nuevo récord.

El enmarañamiento describe un tipo muy particular de estado cuántico que no se atribuye a una sola partícula, sino que se comparte entre dos partículas diferentes.

Vincula irrevocablemente sus destinos posteriores entre sí, sin importar cuán separadas estén, lo que llevó a Albert Einstein a llamar al fenómeno “acción espeluznante a distancia”.

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El enredo se ha convertido en una piedra angular de las nuevas tecnologías basadas en los efectos a nivel cuántico y su distribución a grandes distancias es un objetivo central de la comunicación cuántica.

Tim van Leent, físico de la LMU, primer autor del estudio en el laboratorio. (Imagen: Universidad Ludwig Maximilian de Munich)

 

Ahora, los investigadores de la LMU dirigidos por el físico Harald Weinfurter, en colaboración con un equipo de la Universidad del Sarre en Saarbrücken, han demostrado que el estado de enredo de un átomo y un fotón puede ser transmitido a través de una fibra óptica (como las utilizadas en las redes de telecomunicaciones); a una distancia de hasta 20 km.

Rompiendo records

El récord anterior era de 700 metros. Weinfurter explicó:

“El experimento representa un hito, en la medida en que la distancia recorrida confirma que la información cuántica puede ser distribuida a gran escala con pocas pérdidas.

“Nuestro trabajo constituye, por lo tanto, un paso crucial hacia la futura realización de redes cuánticas”.

Las redes cuánticas consisten esencialmente en memorias cuánticas (formadas por uno o más átomos, por ejemplo) que actúan como nodos; y en canales de comunicación en los que los fotones (cuantos de luz) pueden propagarse para enlazar los nodos entre sí.

En su experimento, los investigadores enredaron un átomo de rubidio con un fotón y fueron capaces de detectar el estado enredado -que ahora comparte las propiedades cuánticas de ambas partículas- después de su paso a través de una bobina de 20 km de fibra óptica.

Algunos problemas

El mayor problema al que se enfrentaron los experimentadores comenzó con las propiedades del átomo de rubidio. Tras una excitación dirigida, estos átomos emiten fotones con una longitud de onda de 780 nanómetros, en la región cercana al infrarrojo del espectro.

“En una fibra óptica de vidrio, la luz en esta longitud de onda se absorbe rápidamente”,

explica Weinfurter.

Por lo tanto, las redes de telecomunicaciones convencionales utilizan longitudes de onda de alrededor de 1550 nanómetros, lo que reduce notablemente las pérdidas en el tránsito.

Imagen de la trampa atómica individual. Se captura un solo átomo de rubidio en la celda de vidrio (centro) de ultra alto vacío, que luego se enreda con un fotón. (Imagen: Universidad Ludwig Maximilian de Munich)

 

Obviamente, esta longitud de onda también mejoraría las posibilidades de éxito de los experimentadores.

Así que Matthias Bock, miembro del grupo en Saarbrücken, construyó lo que se llama convertidor de frecuencia cuántica, que fue diseñado específicamente para aumentar la longitud de onda de los fotones emitidos de 780 a 1520 nanómetros.

Retos técnicos

Esta tarea en sí misma planteó una serie de retos técnicos extremadamente exigentes.

Porque era imperativo asegurar que la conversión de un solo fotón a otro fotón se produjera y que ninguna de las demás propiedades del estado enmarañado, especialmente la polarización del fotón, se alterara durante el proceso de conversión.

De lo contrario, el estado enredado se perdería, señaló Weinfurter:

“Gracias al uso de este convertidor altamente eficiente, fuimos capaces de mantener el estado enmarañado en un rango mucho más largo en las longitudes de onda de las telecomunicaciones y, por lo tanto, de transportar la información cuántica que lleva a través de largas distancias”.

En el siguiente paso, los investigadores planean convertir en frecuencia la luz emitida por un segundo átomo, lo que debería permitirles generar un enredo entre los dos átomos a través de largas fibras de telecomunicaciones.

Las propiedades de los cables de fibra de vidrio varían dependiendo de factores como la temperatura y la tensión a la que están expuestos.

Por esta razón, el equipo tiene la intención de llevar a cabo primero este experimento bajo condiciones controladas en el laboratorio.

En caso de éxito, se llevarán a cabo experimentos de campo que también añadirán nuevos nodos a una red creciente.

Después de todo, incluso los viajes largos pueden ser completados con éxito dando un paso a la vez. Los hallazgos fueron publicados en la revista Physical Review Letters.

Proporcionado por: Universidad Ludwig Maximilian de Munich

[Nota: Los materiales pueden ser editados en su contenido y extensión].

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