La mecánica cuántica, con sus reglas contra-intuitivas para describir el comportamiento de partículas diminutas como fotones y átomos, promete grandes avances en la seguridad y velocidad de cómo nos comunicamos y calculamos.
Ahora, un equipo internacional de investigadores ha construido un chip que genera múltiples frecuencias a partir de un sistema cuántico robusto que produce fotones enredados en un intervalo de tiempo. A diferencia de otras realizaciones de estado cuántico, los fotones enredados no necesitan equipos voluminosos para mantenerlos en suestado cuántico, y pueden transmitir información cuántica a través de largas distancias. El nuevo dispositivo crea fotones enredados que abarcan el espectro tradicional de telecomunicaciones, haciéndolo atractivo para la comunicación cuántica multicanal y computadoras cuánticas más potentes.
"Las ventajas de nuestro chip son que es compacto y barato. También es único que funciona en múltiples canales", dijo Michael Kues, Instituto Nacional de Investigación Científica INRS, Universidad de Quebec, Canadá.
Los investigadores presentarán sus resultados en la Conferencia sobre Láseres y Electro-Óptica CLEO, que se realizará del 5 al 10 de junio en San José, California.
La base de las comunicaciones y la computación cuánticas radica en los qubits, el equivalente cuántico de los bits clásicos. En lugar de representar un uno o un cero, los qubits pueden exhibir una propiedad inusual llamada superposición para representar ambos números simultáneamente.
Para aprovechar al máximo la superposición para realizar cálculos difíciles o enviar información de manera segura, otra propiedad mecánica cuántica extraña llamada entrelazamiento entra en escena. El enredo fue famoso por Albert Einstein como "acción fantasmagórica a distancia". Vincula partículas para quelas mediciones en una afectan instantáneamente a la otra.
Kues y sus colegas usaron fotones para realizar sus qubits y los enredaron enviando dos pulsos láser cortos a través de un interferómetro, un dispositivo que dirige los rayos de luz a lo largo de diferentes caminos y luego los recombina, para generar pulsos dobles.
Para generar múltiples frecuencias, Kres y sus colegas enviaron los pulsos a través de un pequeño anillo, llamado resonador microring. El resonador genera pares de fotones en una serie de frecuencias discretas, utilizando una mezcla espontánea de ondas de forma, creando así un peine de frecuencias.
El interferómetro que usó el equipo tiene un brazo largo y un brazo corto, y cuando sale un solo fotón del sistema, está en una superposición de estados de tiempo, como si viajara a través del brazo largo y el brazo corto simultáneamente.
El enmarañamiento del intervalo de tiempo es una forma particularmente robusta de enredo de fotones. Los fotones también pueden tener su polarización enredada, pero las guías de onda y otros tipos de equipos ópticos pueden alterar los estados de polarización.
Otros grupos de investigación han generado fotones enredados en el intervalo de tiempo, pero Kues y sus colegas son los primeros en crear fotones con múltiples frecuencias usando el mismo chip. Esta característica puede permitir comunicaciones cuánticas multiplexadas y multicanal y una mayor capacidad de información de computación cuántica.
Kues señala que el chip podría mejorar la distribución de claves cuánticas, un proceso que permite que dos partes compartan una clave secreta para cifrar mensajes con seguridad teóricamente irrompible. También podría servir como un componente de una computadora cuántica futura.
"En el futuro, es posible que tenga una computadora con capacidades cuánticas y clásicas. La parte cuántica solo se usaría para resolver problemas específicos que son difíciles para las computadoras clásicas", dijo Roberto Morandotti, físico del INRS y líder del grupoque desarrolló el chip.
Antes de que las computadoras cuánticas lleguen a un escritorio cerca de usted, deben reducirse, en términos de tamaño, y aumentar, en términos de potencia informática. Morandotti, Kues y sus colegas piensan que su chip es un paso en la dirección correcta.
El equipo está trabajando actualmente para integrar los láseres, el interferómetro y el resonador microrred del dispositivo en un chip fotónico estándar, para construir puertas lógicas para la manipulación del estado cuántico y para aumentar el grado de enredo, que es una medida de la fuerzadel enlace entre partículas.
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Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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