En un estudio reciente, publicado en Naturaleza , los investigadores del ICFO Nicolas Maring, Pau Farrera, el Dr. Kutlu Kutluer, el Dr. Margherita Mazzera y el Dr. Georg Heinze, liderados por ICREA Prof. Hugues de Riedmatten, han logrado un enlace de red cuántica "híbrido" elemental y han demostrado por primeraTiempo de comunicación cuántica fotónica entre dos nodos cuánticos muy distintos colocados en diferentes laboratorios, utilizando un solo fotón como portador de información.
Hoy, las redes de información cuántica están aumentando para convertirse en una tecnología disruptiva que proporcionará capacidades radicalmente nuevas para el procesamiento de la información y la comunicación. Investigaciones recientes sugieren que esta revolución de la red cuántica podría estar a la vuelta de la esquina.
Los elementos clave de una Red de Información Cuántica son los nodos cuánticos, que almacenan y procesan la información, compuesta de sistemas de materia como gases atómicos fríos o sólidos dopados, entre otros, y partículas comunicantes, principalmente fotones. Mientras que los fotones parecen ser perfectosportadores de información, todavía hay incertidumbre sobre qué sistema de materia podría usarse como nodo de red, ya que cada sistema proporciona diferentes funcionalidades. Por lo tanto, se ha propuesto la implementación de una red híbrida, buscando combinar las mejores capacidades de diferentes sistemas de materiales.
Estudios anteriores han documentado transferencias confiables de información cuántica entre nodos idénticos, pero esta es la primera vez que esto se logra con una red "híbrida" de nodos. Los investigadores del ICFO han sido capaces de encontrar una solución para hacer unLa red cuántica híbrida funciona y resuelve el desafío de una transferencia confiable de estados cuánticos entre diferentes nodos cuánticos a través de fotones individuales. Un solo fotón necesita interactuar fuertemente y en un ambiente libre de ruido con los nodos heterogéneos o sistemas de materia, que generalmente funcionan en diferenteslongitudes de onda y anchos de banda. Como Nicolas Maring afirma "es como tener nodos que hablan en dos idiomas diferentes. Para que se comuniquen, es necesario convertir las propiedades del fotón único para que pueda transferir eficientemente toda la información entre estos nodos diferentes".
¿Cómo resolvieron el problema?
En su estudio, los investigadores del ICFO utilizaron dos nodos cuánticos muy distintos: el nodo emisor era una nube de átomos de rubidio enfriada por láser y el nodo receptor un cristal dopado con iones de praseodimio. A partir del gas frío, generaron un bit cuántico qubit codificado en un solo fotón con un ancho de banda muy estrecho y una longitud de onda de 780 nm. Luego convirtieron el fotón a la longitud de onda de la telecomunicación de 1552 nm para demostrar que esta red podría ser completamente compatible con el rango actual de banda C de telecomunicaciones.Posteriormente, lo enviaron a través de una fibra óptica de un laboratorio a otro. Una vez en el segundo laboratorio, la longitud de onda del fotón se convirtió a 606 nm para interactuar correctamente y transferir el estado cuántico al nodo de cristal dopado receptor.el cristal, el qubit fotónico se almacenó en el cristal durante aproximadamente 2,5 microsegundos y se recuperó con muy alta fidelidad.
Los resultados del estudio han demostrado que dos sistemas cuánticos muy diferentes pueden conectarse y comunicarse mediante un solo fotón. Como comenta ICREA Prof en ICFO Hugues de Riedmatten, "poder conectar nodos cuánticos con funcionalidades muy diferentes ycapacidades y la transmisión de bits cuánticos por medio de fotones individuales entre ellos representa un hito importante en el desarrollo de redes cuánticas híbridas ". La capacidad de realizar la conversión hacia adelante y hacia atrás de qubits fotónicos en la longitud de onda de la banda C de telecomunicaciones muestra que estos sistemasser completamente compatible con las redes de telecomunicaciones actuales.
Ventajas de las redes de información cuántica versus clásica
La red de información clásica o "red mundial" se desarrolló en los años 80, con información que fluye a través de la red a través de "bits", procesados y modulados por circuitos electrónicos y chips y transmitidos por pulsos de luz que mueven información a través de la redcon pérdidas mínimas de señal a través de fibras ópticas.
Ahora, en lugar de usar los bits clásicos, las redes de información cuántica o Internet cuántica procesan y almacenan información cuántica a través de bits cuánticos o "qubits". Mientras que los bits pueden ser 0s o 1s, los qubits también pueden estar en cualquier superposición de estos dosEn una red cuántica, son generados y procesados por sistemas de materia cuántica, por ejemplo, gases atómicos fríos, sólidos dopados u otros sistemas. Contrariamente a las redes clásicas, la información cuántica se transfiere entre los nodos utilizando fotones individuales en lugar de pulsos de luz fuertes.
Las redes de información cuántica que consisten en nodos cuánticos de materia y canales de comunicación cuántica abrirán una nueva vía de tecnologías disruptivas, permitiendo, por ejemplo, una transmisión de datos perfectamente segura, un procesamiento de datos mejorado a través de la computación cuántica distribuida o aplicaciones avanzadas de sincronización de reloj, entreotros.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por ICFO-El Instituto de Ciencias Fotónicas . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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