Memoria cuántica

Ingenieros y físicos han dado un importante paso hacia la creación de “redes cuánticas”, mediante el establecimiento de un nuevo registro para el período de tiempo por el que la información cuántica puede ser almacenada y recuperada a partir de un conjunto de átomos muy fríos. A pesar de que la información sigue siendo utilizable sólo durante milisegundos, puede ser suficiente para permitir la transmisión de los datos de un repetidor cuántico a otro en una red óptica.

El nuevo disco (de siete milisegundos para átomos de rubidio almacenados en un dipolo de apertura óptica) fue informado el 7 de diciembre en la versión online de la revista “Nature Physics” por los investigadores del “Georgia Institute of Technology”. El anterior récord de tiempo de almacenamiento era de 32 microsegundos, una diferencia de más de dos órdenes de magnitud.

Las claves de la que se prorroga el tiempo de almacenamiento, incluido el uso de un dimensional óptico de celosía, ayuda a limitar los átomos y seleccionar una fase atómica que es insensible a los efectos magnéticos. La investigación fue patrocinada por la National Science Foundation, la Fundación Sloan AP y la Oficina de Investigación Naval de los EE.UU.

El propósito general de la cuántica o la creación de redes de computación cuántica es distribuir enredado de qubits (dos bits de datos correlacionados que son “0” o “1”) a través de largas distancias. Los qubits podrían viajar como fotones a través de las redes ópticas ya existentes que forman parte del sistema mundial de telecomunicaciones.

Debido a la pérdida en la fibra óptica que constituyen las redes, los repetidores deben estar instalados a intervalos regulares (alrededor de cada 100 kilómetros) para potenciar la señal. Los repetidores tendrán la memoria cuántica para recibir señales fotónicas, almacenadas brevemente y produciendo a posteriori una señal fotónica que llevará la información al siguiente nodo, y en su destino final.

Por su memoria, los investigadores del Georgia Tech utilizaron un conjunto de átomos de rubidio-87 que enfriaron a casi al cero absoluto para reducir al mínimo el movimiento atómico. Para almacenar información, todo el conjunto atómico está expuesto a la luz láser con una señal, que permite a cada átomo participar en el almacenamiento como parte de una “excitación colectiva”.

En términos simples, cada átomo “ve” la señal (que es una rápida oscilación del campo electromagnético) ligeramente diferente. Cada átomo es, por tanto, impreso con la fase de información que más tarde puede ser “leída” en conjunto con otro láser.

A pesar de que se encuentran a bajas temperaturas, los átomos del conjunto son libres de moverse en forma aleatoria. Debido a que cada átomo almacena una parte de la información cuántica y los datos de utilidad dependen de cada ubicación de referencia a otros átomos, los movimientos significativos de estos podrían destruir la información.

Para extender la vida útil de su memoria, los ingenieros tuvieron dos enfoques. El primero es limitar los átomos utilizando una óptica de celosía compuesta de rayos láser. Debido a la frecuencia elegida, los átomos se sienten atraídos por lugares específicos dentro de la celosía, a pesar de que no se ajusten bien en su lugar.

Debido a que el conjunto de los átomos se ven afectados por las condiciones ambientales tales como el magnetismo, la segunda estrategia era utilizar los átomos que se habían bombeado al denominado “estado de transición de reloj”, que es relativamente insensible a los campos magnéticos.

Otros equipos de investigación han almacenado la información cuántica en átomos individuales o iones. Este sencillo enfoque permite períodos más largos de almacenamiento, pero tiene sus limitaciones. La ventaja de usar estos conjuntos en lugar de átomos individuales es que ellos brillan en un “lectura” láser sobre el terreno, ya que estos átomos tienen una particular fase impresa sobre ellas, sabemos con un alto grado de probabilidad que vamos a obtener un segundo fotón (la polea de fotones) que sale en una dirección particular, eso permite poner un detector en la ubicación adecuada para leer el fotón.

A pesar de que el trabajo avanza considerablemente, las redes cuánticas prácticas estan probablemente a una década de distancia. Esta investigación incluyó a los físicos e ingenieros Kuzmich y Jenkins, Ran Zhao, Yaroslav Dudin, Corey Campbell, Dzmitry Matsukevich, y Brian Kennedy.

Más información: Georgia Tech