Las redes de comunicación necesitan nodos en los que se procese o se redirija la información. Los físicos de la Universidad de Basilea ahora han desarrollado un nodo de red para redes de comunicación cuántica que puede almacenar fotones individuales en una celda de vapor y transmitirlos más tarde.
En las redes de comunicación cuántica, la información se transmite mediante partículas individuales de luz (fotones). En los nodos de una red de este tipo se necesitan elementos amortiguadores que puedan almacenar temporalmente y luego reemitir la información cuántica contenida en los fotones.
Investigadores de la Universidad de Basilea en el grupo del Prof. Philipp Treutlein ahora han desarrollado una memoria cuántica que se basa en un gas atómico dentro de una celda de vidrio. Los átomos no tienen que enfriarse especialmente, lo que hace que la memoria sea fácil de producir y versátil, incluso para aplicaciones satelitales. Además, los investigadores han realizado una única fuente de fotones que les ha permitido probar la calidad y el tiempo de almacenamiento de la memoria cuántica. Sus resultados fueron publicados recientemente en la revista científica PRX cuántico.
Átomos calientes en celdas de vapor
«La idoneidad de los átomos calientes en las celdas de vapor para las memorias cuánticas se ha investigado durante los últimos veinte años», dice Gianni Buser, quien trabajó en el experimento como estudiante de doctorado. «Normalmente, sin embargo, se usaban rayos láser atenuados y, por lo tanto, luz clásica». En la luz clásica, el número de fotones que golpean la celda de vapor en un período determinado sigue una distribución estadística; en promedio es un fotón, pero a veces pueden ser dos, tres o ninguno.
Para probar la memoria cuántica con «luz cuántica», es decir, siempre con precisión un fotón, Treutlein y sus compañeros de trabajo desarrollaron una fuente de fotones única dedicada que emite exactamente un fotón a la vez. El instante en que eso sucede es anunciado por un segundo fotón, que siempre se envía simultáneamente con el primero. Esto permite que la memoria cuántica se active en el momento adecuado.
Luego, el fotón único se dirige a la memoria cuántica donde, con la ayuda de un rayo láser de control, el fotón hace que más de mil millones de átomos de rubidio adquieran el llamado estado de superposición de dos posibles niveles de energía de los átomos. El fotón mismo se desvanece en el proceso, pero la información contenida en él se transforma en el estado de superposición de los átomos. Un breve pulso del láser de control puede leer esa información después de un cierto tiempo de almacenamiento y transformarla nuevamente en un fotón.
Reducción del ruido de lectura
«Hasta ahora, un punto crítico ha sido el ruido: luz adicional que se produce durante la lectura y que puede comprometer la calidad del fotón», explica Roberto Mottola, otro estudiante de doctorado en el laboratorio de Treutlein. Usando algunos trucos, los físicos pudieron reducir ese ruido lo suficiente como para que después de tiempos de almacenamiento de varios cientos de nanosegundos, la calidad del fotón único siguiera siendo alta.
«Esos tiempos de almacenamiento no son muy largos, y en realidad no los optimizamos para este estudio», dice Treutlein, «pero ya son más de cien veces más largos que la duración del pulso de fotón único almacenado». Esto significa que la memoria cuántica desarrollada por los investigadores de Basilea ya se puede utilizar para aplicaciones interesantes. Por ejemplo, puede sincronizar fotones individuales producidos aleatoriamente, que luego pueden usarse en varias aplicaciones de información cuántica.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Universidad de Basilea. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
