Las tecnologías cuánticas son el camino hacia el futuro, ¿pero
ese futuro llegará alguna vez?
Tal vez sea si. Los físicos han aclarado un poco más de una posible
ruta cuántica mediante la construcción de una red primaria para el intercambio
y almacenamiento de información cuántica. La red cuenta con dos nodos de uso
general que pueden enviar, recibir y almacenar la información cuántica, unidas
por un cable de fibra óptica que lo lleva desde un nodo a otro todo con un solo
fotón.
La red es sólo un prototipo, pero si puede ser perfeccionado
y ampliado, podría constituir la base de los canales de comunicación para la
transmisión de información cuántica. Un grupo del Instituto Max Planck de
Óptica Cuántica (MPQ) en Garching, Alemania, describió el avance el día de hoy
12 de abril de la revista Nature. (Scientific American, es parte del Nature
Publishing Group.)
Los Bits cuánticos o qubits, se encuentran en el corazón de
tecnologías de la información cuántica. Un bit ordinario en la electrónica clásica
de todos los días puede almacenar uno de dos valores: un 0 o un 1. Pero gracias
a la indeterminación inherente a la mecánica cuántica, un qubit puede estar en
una superposición, se cierne indecisa entre 0 y 1, lo que añade una capa de
complejidad a la información que transmite. Los ordenadores cuánticos exhiben
capacidades más allá del alcance incluso de los superordenadores más potentes clásicos,
y los protocolos de criptografía basado en el intercambio de qubits sería más
segura que los métodos tradicionales de encriptación.
Los físicos han usado todo tipo de objetos para almacenar
qubits cuánticos como en los electrones, los núcleos atómicos, fotones, etc. En
la nueva demostración, el qubit se encuentra almacenado en cada nodo de la red,
en el interior el estado cuántico de un átomo de rubidio que esta atrapado en
una cavidad óptica reflectante. El átomo puede transmitir su información
almacenada a través de una fibra óptica mediante la emisión de un solo fotón,
cuya polarización del estado lleva la marca del estado cuántico de su átomo
padre, por el contrario, el átomo puede absorber un fotón de la fibra y asumir el
estado cuántico impreso en la polarización del fotón.
Debido a que cada nodo puede realizar una variedad de
funciones, enviar, recibir o almacenar información cuántica en una red basada
en los átomos que se encuentran en cavidades ópticas que podrían ampliarse
simplemente mediante la conexión de nodos. "Tratamos de construir una red
con un nodouniversal", dice el MPQ el físico Stephan Ritter, uno de los
autores del estudio. "No es sólo es capaz de enviar o recibir, también hará
todas las cosas que se puedan imaginar." Las piezas individuales de este
sistema de átomos han demostrado envío la información cuántica de un solo fotón
emitido, pero ahora las tecnologías están lo suficientemente avanzados que
puedan trabajar como un conjunto. "Esto ahora se junta y nos ha permitido
realizar esta versión elemental de una red cuántica", dice Ritter.
Los físicos propusieron la utilización de las cavidades
ópticas para las redes cuánticas hace 15 años, porque se unen con las mejores
características de los qubits atómicos y qubits fotónicos, es decir que los
átomos se quedan donde están, por lo que es un medio de almacenamiento ideal,
mientras que los fotones son rápidos, por lo que es un portador de mensajes
ideal entre nodos estacionarios. Pero lograr que los fotones y átomos se
comuniquen unos con otros ha sido un reto.
Ahí es donde la cavidad óptica entra en juego, los espejos
de la cavidad reflejan miles de veces un fotón más allá de las decenas de átomos
de rubidio, lo que aumenta las posibilidades de una interacción. "Durante
este tiempo, no hay tiempo suficiente para hacer realidad este intercambio de
información de una manera confiable", dice Ritter. "La cavidad
aumenta el acoplamiento entre el campo de luz y el átomo."
El grupo M.P.Q. pone su prototipo de red a través de una
serie de pruebas de transferencia de un qubit a partir de un solo fotón a un
átomo y revertir el proceso de transferir información de un átomo en un fotón. La
combinación de la de lectura / escritura en operaciones, los físicos lograron
transmitir un qubit de un átomo de rubidio a otra situado en un laboratorio
independiente a 21 metros de distancia, utilizando un fotón mensajero como el
portador entre nodos. (La longitud real de la fibra óptica que conecta los dos
nodos es de 60 metros, debido a que serpentea a lo largo de una ruta
indirecta.)
Un número considerable de los fotones se pierden en el
camino, lo que limita la eficiencia del proceso. Pero, en principio, las fibras
ópticas pueden conectar nodos a distancias mayores. "Estamos absolutamente
seguros que no se limitan a estos 21 metros", dice Ritter.
Los investigadores también demostraron que su enlace
fotónico puede ser utilizado para enredar los dos átomos distantes. El
entrelazamiento cuántico es un fenómeno por el cual comparten dos propiedades las
partículas correlacionadas, en otras palabras, el estado cuántico de una
partícula depende del estado de su socio enredado. La manipulación de una de
las partículas, a continuación, afecta al estado de la partícula del otro,
incluso si se encuentra en otro laboratorio. Los investigadores esperan que el
entrelazamiento pueda ser aprovechado para eludir las pérdidas de fotones que
vienen de paso a través de fibras ópticas. En la aplicación propuesta de un
repetidor cuántico, una serie de nodos, unidos por entrelazamiento, se
extendería a lo largo la conexión cuántica abajo de la línea sin depender de ningún
fotón portador.
Ritter reconoce que el nuevo trabajo no es más que un
prototipo, y que las mejoras son posibles numerosas. Por ejemplo, la
transferencia de un estado cuántico entre laboratorios se logro sólo 0,2 por ciento
de las veces, debido a diversas ineficiencias y limitaciones técnicas.
"Todo está en el borde de lo que se puede hacer", dice. "Todas
estas características son lo suficientemente buenas para hacer lo que hemos
hecho, pero hay estrategias claras para que sean aún mejores".
Quiero recomendarles este documental de 4 partes, con el se
comprende de una manera muy sencilla lo que es un ordenador cuántico y el gran
beneficio para la humanidad
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