Los físicos de Ludwig-Maximilians-Universitaet LMU en Munich, junto con colegas de la Universidad de Saarland, han demostrado con éxito el transporte de un estado enredado entre un átomo y un fotón a través de una fibra óptica en una distancia de hasta 20 km -- estableciendo así un nuevo récord.
'Enredo' describe un tipo muy particular de estado cuántico que no se atribuye a una sola partícula sola, sino que se comparte entre dos partículas diferentes. Vincula irrevocablemente sus destinos posteriores, sin importar cuán separados estén:lo que llevó a Albert Einstein a llamar al fenómeno como "acción espeluznante a distancia". El enredo se ha convertido en la piedra angular de las nuevas tecnologías basadas en los efectos a nivel cuántico y su distribución a largas distancias es un objetivo central en la comunicación cuántica. Ahora los investigadores de LMU lideraronpor el físico Harald Weinfurter, en colaboración con un equipo de la Universidad del Sarre en Saarbrücken, han demostrado que el estado entrelazado de un átomo y un fotón puede transmitirse a través de una fibra óptica como las que se usan en las redes de telecomunicaciones a una distancia dehasta 20 km. El récord anterior fue de 700 metros ". El experimento representa un hito, en la medida en que la distancia recorrida confirma que la información cuántica puede ser alteradatributado a gran escala con poca pérdida ", dice Weinfurter."Nuestro trabajo, por lo tanto, constituye un paso crucial hacia la realización futura de las redes cuánticas".
Las redes cuánticas consisten esencialmente en memorias cuánticas formadas por uno o más átomos, por ejemplo que actúan como nodos y canales de comunicación en los que los fotones cuantos de luz pueden propagarse para unir los nodos. En su experimento, los investigadoresenredó un átomo de rubidio con un fotón, y pudieron detectar el estado enredado, que ahora comparte las propiedades cuánticas de ambas partículas, después de pasar a través de una bobina de fibra óptica de 20 km.
El mayor problema al que se enfrentaron los experimentadores comenzó con las propiedades del átomo de rubidio. Tras la excitación selectiva, estos átomos emiten fotones con una longitud de onda de 780 nanómetros, en la región del infrarrojo cercano del espectro ". En una fibra óptica hecha de vidrio, la luz a esta longitud de onda se absorbe rápidamente ", explica Weinfurter. Las redes de telecomunicaciones convencionales, por lo tanto, utilizan longitudes de onda de alrededor de 1550 nanómetros, lo que reduce notablemente las pérdidas en tránsito.
Obviamente, esta longitud de onda también mejoraría las posibilidades de éxito de los experimentadores. Entonces Matthias Bock, un miembro del grupo en Saarbrücken, construyó lo que se llama un convertidor de frecuencia cuántica que fue diseñado específicamente para aumentar la longitud de onda de los fotones emitidos desde 780a 1520 nanómetros. Esta tarea en sí misma planteó una serie de desafíos técnicos extremadamente exigentes, ya que era imperativo garantizar que se produjera la conversión de un solo fotón a otro fotón y que ninguna de las otras propiedades del estado entrelazado, especialmente la polarizacióndel fotón, fueron alterados durante el proceso de conversión. De lo contrario, el estado entrelazado se perdería. "Gracias al uso de este convertidor altamente eficiente, pudimos mantener el estado entrelazado en un rango mucho más largo en las longitudes de onda de las telecomunicaciones, y por lo tantopara transportar la información cuántica que transporta a largas distancias ", dice Weinfurter.
En el siguiente paso, los investigadores planean convertir con frecuencia la luz emitida por un segundo átomo, lo que debería permitirles generar enredos entre los dos átomos sobre largas fibras de telecomunicaciones. Las propiedades de los cables de fibra de vidrio varían dependiendo de factores comola temperatura y la tensión a la que están expuestos. Por esta razón, el equipo tiene la intención de llevar a cabo este experimento en condiciones controladas en el laboratorio. En caso de éxito, se realizarán experimentos de campo y se agregarán nuevos nodos a una red en crecimiento.Después de todo, incluso los viajes largos se pueden completar con éxito dando un paso a la vez.
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Materiales proporcionado por Ludwig-Maximilians-Universität München . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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