Los ingenieros del Instituto de Tecnología de California han demostrado que los átomos en las cavidades de las cavidades ópticas pueden convertirse en una de las principales tecnologías para el funcionamiento de la Internet cuántica. Los investigadores publicaron su trabajo en la revista Nature.
Las redes cuánticas conectarán computadoras cuánticas a través de un sistema especial que proporcionará una conexión entre ellas. En teoría, las computadoras cuánticas algún día podrán realizar ciertas funciones más rápido que los sistemas informáticos clásicos, utilizando propiedades de la mecánica cuántica, como la superposición de estados, que permite que los bits cuánticos sean cero y uno al mismo tiempo.
Al igual que con las computadoras clásicas, a los científicos les gustaría conectar varias computadoras cuánticas para intercambiar datos y trabajar juntos, para crear una especie de "Internet cuántica". Esto abriría la puerta a una variedad de aplicaciones, incluida la computación cuántica distribuida y las comunicaciones cifradas. Sin embargo, dicha red debe poder transferir información entre dos dispositivos sin cambiar las propiedades cuánticas de la información transmitida.
El modelo actual funciona así: un átomo o ión actúa como un qubit y almacena información sobre su propiedad cuántica, como el espín. Para leer esta información y transferirla a otro lugar, el átomo debe ser excitado con un pulso de luz, provocando que emita un fotón cuyo espín se entrelaza con el espín del átomo y es igual a él. El fotón puede luego transmitir información asociada con el átomo a una larga distancia a través de un cable de fibra óptica. Pero hacerlo es más difícil de lo que parece. La mayoría de los átomos son sensibles a las fluctuaciones en los campos eléctricos y magnéticos, lo que conduce a errores en el funcionamiento de los dispositivos basados en ellos.
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Para superar este problema, los investigadores de Caltech construyeron un resonador nanofotónico, una varilla de aproximadamente 10 micrones de largo con un patrón especial grabado en su superficie, hecho de un cristal ortovanadato de itrio. Luego, los científicos colocaron un ión de iterbio Yb 3+, un metal de tierras raras, en el centro. Cuando la radiación se transmite a través de un resonador de este tipo, pasa varias veces a lo largo de la varilla y, finalmente, habiendo perdido suficiente energía, es absorbida por el ion iterbio. Los autores también demostraron que las cavidades en el material cambian el entorno del ion, de modo que el fotón emitido puede permanecer en el material hasta el 99% del tiempo, y los científicos, mientras tanto, pueden medir sus propiedades.
Además, los iones de iterbio pueden almacenar información en su espalda durante 30 milisegundos. Esto es suficiente para transmitir información a través de los Estados Unidos continentales. Actualmente, el equipo se centra en la creación de los componentes básicos de una red cuántica. Luego esperan expandir sus experimentos y conectar los dos bits cuánticos muy separados.
Autor: Nikita Shevtsev
