Los ingenieros de Caltech han demostrado que los átomos en las cavidades ópticas, pequeñas cajas para la luz, podrían ser fundamentales para la creación de una Internet cuántica. Su trabajo fue publicado el 30 de marzo por la revista Naturaleza .
Las redes cuánticas conectarían computadoras cuánticas a través de un sistema que también opera en un nivel cuántico, en lugar de clásico. En teoría, las computadoras cuánticas algún día podrán realizar ciertas funciones más rápido que las computadoras clásicas aprovechando las propiedades especiales demecánica cuántica, incluida la superposición, que permite que los bits cuánticos almacenen información como un 1 y un 0 simultáneamente.
Como pueden con las computadoras clásicas, a los ingenieros les gustaría poder conectar múltiples computadoras cuánticas para compartir datos y trabajar juntos, creando un "internet cuántico". Esto abriría la puerta a varias aplicaciones, incluida la resolución de cálculos que también songrande para ser manejado por una sola computadora cuántica y establecer comunicaciones irrompiblemente seguras usando criptografía cuántica.
Para que funcione, una red cuántica necesita poder transmitir información entre dos puntos sin alterar las propiedades cuánticas de la información que se transmite. Un modelo actual funciona así: un solo átomo o ion actúa como un bit cuántico o"qubit" almacenando información a través de uno si sus propiedades cuánticas, como el espín. Para leer esa información y transmitirla a otra parte, el átomo se excita con un pulso de luz, haciendo que emita un fotón cuyo espín se enreda con el espín deel átomo. El fotón puede transmitir la información enredada con el átomo a través de una larga distancia a través del cable de fibra óptica.
Sin embargo, es más difícil de lo que parece. Encontrar átomos que pueda controlar y medir, y que tampoco sean demasiado sensibles a las fluctuaciones de campo magnético o eléctrico que causan errores, o decoherencia, es un desafío.
"Los emisores de estado sólido que interactúan bien con la luz a menudo son víctimas de la decoherencia; es decir, dejan de almacenar información de una manera útil desde la perspectiva de la ingeniería cuántica", dice Jon Kindem MS '17, PhD '19, autor principal de la Naturaleza papel. Mientras tanto, los átomos de elementos de tierras raras, que tienen propiedades que hacen que los elementos sean útiles como qubits, tienden a interactuar pobremente con la luz.
Para superar este desafío, los investigadores dirigidos por Andrei Faraon de Caltech BS '04, profesor de física aplicada e ingeniería eléctrica, construyeron una cavidad nanofotónica, un haz de aproximadamente 10 micras de longitud con nano-patrones periódicos, esculpidos a partir de unpieza de cristal. Luego identificaron un ion de iterbio de tierras raras en el centro del haz. La cavidad óptica les permite hacer rebotar la luz de un lado a otro del haz varias veces hasta que finalmente es absorbida por el ion.
en el Naturaleza documento, el equipo demostró que la cavidad modifica el entorno del ion de manera que cada vez que emite un fotón, más del 99 por ciento del tiempo que el fotón permanece en la cavidad, donde los científicos pueden recolectar y detectar eficientemente ese fotón para medirel estado del ion. Esto da como resultado un aumento en la velocidad a la que el ion puede emitir fotones, mejorando la efectividad general del sistema.
Además, los iones de iterbio pueden almacenar información en su rotación durante 30 milisegundos. En este tiempo, la luz podría transmitir información para viajar a través de los Estados Unidos continentales ". Esto marca la mayoría de las casillas. Es un ion de tierras rarasque absorbe y emite fotones exactamente de la manera que necesitaríamos para crear una red cuántica ", dice Faraon, profesor de física aplicada e ingeniería eléctrica." Esto podría formar la tecnología troncal para la Internet cuántica ".
Actualmente, el enfoque del equipo está en crear los bloques de construcción de una red cuántica. A continuación, esperan ampliar sus experimentos y realmente conectar dos bits cuánticos, dice Faraon.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de California . Original escrito por Robert Perkins. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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